[发明专利]一种纤维素催化热解制备左旋葡聚糖的方法

说明书

本发明公开了一种纤维素催化热解制备左旋葡聚糖的方法。在羧甲基纤维素钠溶液中加入氧化锌形成混合液，将混合液加入到硫酸铁溶液中螯合产生沉淀，过滤收集沉淀物，用去离子水洗涤，干燥后在惰性气氛下煅烧得到磁性固体酸碱两性催化剂。将磁性固体酸碱两性催化剂Zn_n@Fe‑C_T与纤维素粉进行机械混合，然后在200‑600℃进行快速热解，对热解气冷凝后即可得到富含左旋葡聚糖的液体产物。本发明的磁性固体酸碱两性催化剂Zn_n@Fe‑C_T，可以在较低温度下，高效促进纤维素定向热解，产物中左旋葡聚糖产率高，而且采用永磁铁可以非常便利地从固体产物中回收催化剂，并多次循环利用。

技术领域：

本发明属于环境友好新能源生产技术领域，具体是涉及一种纤维素催化热解制备左旋葡聚糖的方法。

背景技术：

纤维素在500℃左右反应非常短的时间(约2秒)，发生快速热解，产生左旋葡聚糖(1,6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖)。左旋葡聚糖是合成立体化合物的一个重要单体，可作为手性合成子合成寡糖、高聚物、树脂、药物及相关产品。微生物可以直接或间接地以左旋葡聚糖为底物，生产衣康酸、柠檬酸、脂质及乙醇等。生物质快速热解制备左旋葡聚糖是一种非常有优势和发展潜力的方法。

生物质通常经过浸渍的方式负载液体酸进行催化热解。目前用于催化热解生物质的液体酸主要是磷酸与硫酸。液体酸虽然可以显著改变生物质热解产物的分布情况，得到脱水糖类产物，但液体酸浸渍容易产生大量的废液，难以处理，并且实验过程中液体酸容易腐蚀设备，实验后无法回收利用，实验成本高、实验操作繁琐，不利于大规模应用。固体酸催化剂相较于液体酸具有可循环性、低污染性的优势，尽管许多固体酸催化生物质热解取得了不错的效果，但是这些固体酸催化所得到的热解产物中目标产物的产率仍然较低。而目前相关研究所使用的液体酸和固体酸的酸性较难控制，酸性稍强的催化剂则会导致左旋葡聚糖进一步脱水反应，促进左旋葡萄糖酮及其他副产物的生成。

发明内容：

针对现有工艺的不足，本发明的目的是提供一种磁性固体酸碱两性催化剂，利用该磁性固体酸碱两性催化剂可以在较低温度下催化纤维素热解，高效制备左旋葡聚糖。

本发明的磁性固体酸碱两性催化剂，是通过以下方法制备的：

在羧甲基纤维素钠溶液中加入氧化锌形成混合液，将混合液加入到硫酸铁溶液中螯合产生沉淀，过滤收集沉淀物，用去离子水洗涤，干燥后在惰性气氛下煅烧得到磁性固体酸碱两性催化剂。

优选，所述的羧甲基纤维素钠与氧化锌的用量质量比为1:1～2。

优选，所述的将混合液加入到硫酸铁溶液中螯合产生沉淀是在70℃恒温条件下进行螯合。

优选，所述的干燥是在105℃的真空干燥箱中干燥。

优选，所述的煅烧，是在300～600℃下煅烧2小时。

优选，所述的惰性气氛是氮气气氛。

本发明的第二个目的是提供一种纤维素催化热解制备左旋葡聚糖的方法，其是将上述磁性固体酸碱两性催化剂和纤维素混合，在热解反应器中热解，获得左旋葡聚糖。反应结束后，采用永磁铁回收磁性固体酸碱两性催化剂，可以循环利用于纤维素催化热解反应。

优选，所述的纤维素粉为微晶纤维素，并在使用前粉碎过200目筛。

优选，所述的热解温度是200～600℃。

优选，是将纤维素与磁性固体酸碱两性催化剂按质量比1:1～3混合。

优选，所述的热解，其热解气氛是氮气、氩气。

优选，所述的热解，其热解时间是1～360s。

进一步优选，所述的热解，其热解温度是290℃，热解时间是20s。