一种碳基固体酸催化左旋葡聚糖水解的方法

技术领域

本发明属于环境友好新能源生产技术领域，具体是涉及一种碳基固体酸催化左旋葡聚糖水解的方法。

背景技术

木质纤维素主要由纤维素、半纤维素、木质素及灰分组成。糖是木质纤维素转化过程中的重要平台化合物。微生物以糖为底物发酵生产一系列的燃料和化学品(如乙醇、丁二醇、有机酸等)。如何高效低成本地将木质纤维素转化为糖，是限制生物炼制产业化发展的关键问题之一。

纤维素快速热解糖化工艺有望突破常规酸或酶水解糖化工艺的技术瓶颈，是一种极具有发展潜力的生物炼制路线。纤维素在500℃左右发生快速热解，迅速产生大量的左旋葡聚糖。纤维素快速热解糖化工艺具有得天独厚的优势，反应过程中不需要大量的酸或昂贵的酶，成本低于酸/酶水解。此外，纤维素快速热解可以迅速地获得高浓度的左旋葡聚糖(含量高达80％)，高浓度的底物发酵有利于获得高浓度的产物，从而降低发酵产物分离的成本。少量微生物可以直接代谢左旋葡聚糖，左旋葡聚糖在左旋葡聚糖激酶的催化下转化为6-磷酸葡萄糖，进入微生物糖酵解代谢途径，且发酵效果可以与葡萄糖相媲美。大部分微生物因缺乏左旋葡聚糖激酶，不能直接代谢左旋葡聚糖，从而限制了生物质热解糖化产物的发酵利用。左旋葡聚糖的结构与葡萄糖相似。左旋葡聚糖在较温和的条件下，可以高效水解生成葡萄糖，从而为微生物的发酵利用提供备选方案。

目前相关研究采用液体酸(如硫酸等)水解左旋葡聚糖，但是水解后存在催化剂回收再利用困难、严重腐蚀反应装置、糖损失严重、且水解液需要中和处理等缺陷。固体酸可以克服液体酸的不足，具有造价低、稳定性好、寿命长、不腐蚀设备、易回收、可循环利用等诸多优点，可以避免液体废酸液的排放及环境污染问题。虽然固体酸的优势明显，但目前尚未在左旋葡聚糖的水解领域应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳基固体酸催化左旋葡聚糖水解的方法。本发明具有水解效率高、成本低、糖浓度高、水解液发酵性能好、催化剂可以回收再利用的特点。

为了实现上述目的，本申请提供了如下技术方案。

本发明的是提供一种碳基固体酸催化左旋葡聚糖水解的方法，其特征在于，将碳基固体酸和含左旋葡聚糖的原料加入水中，利用反应釜进行水解反应，反应结束后离心分离固体和液体，液体中含有左旋葡聚糖和葡萄糖。

优选，所述的碳基固体酸是利用浓硫酸水热碳化制备碳基固体酸的。如用硫酸碳化纤维素、甘蔗渣、污泥、油茶壳、废弃塑料、蔗糖等。

优选，所述的含左旋葡聚糖的原料包括左旋葡聚糖、生物油、生物油提取物、生物质热解产物中的任意一种或多种的组合。

优选，所述的碳基固体酸和含左旋葡聚糖的原料质量比为1:1-1:10。

优选，所述的含左旋葡聚糖的原料和水质量体积比为5:1-40:1(g:L)。

优选，所述的水解反应，其温度为80-160℃。

优选，所述的水解反应，其时间为0.5-6h。

本发明具有水解效率高、成本低、糖浓度高、水解液发酵性能好、催化剂可以回收再利用的特点，同时有效避免废液排放及环境污染问题。为生物质热解产物及左旋葡聚糖的高效发酵提供新思路。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

为了更好地了解本发明，下面用本发明的实施例证来进一步说明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于此。

实施例1：

将1g纤维素加入50mL 85％H

实施例2：

将1g甘蔗渣加入100mL 50％H

实施例3：

将1g污泥加入50mL 75％H

实施例4：

将1g油茶壳加入10mL 75％H

实施例5：

将1g废弃塑料加入10mL 75％H

实施例6：

将1g蔗糖加入10mL 50％HCl中，搅拌混匀后进行120℃水热反应，反应时间为12h。水热结束后离心水洗3遍、乙醇洗2遍，再在105℃的烘箱中烘4h。将质量比为1:10的碳基固体酸和富含左旋葡聚糖的生物油加入水中，富含左旋葡聚糖的生物油与水的质量比为20:1，利用高温高压反应釜150℃水解反应3h，反应结束后离心分离固体和液体，采用高效液相色谱分析液体中左旋葡聚糖和葡萄糖的含量。左旋葡聚糖转化率为98％，葡萄糖产率为99.3％。碳基固体酸经过洗涤和干燥后重新用于水解反应，催化剂循环使用5次后，左旋葡聚糖转化率为97％，葡萄糖产率为98.6％。

尽管以上本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。