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磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法技术

技术编号:21168604 阅读:44 留言:0更新日期:2019-05-22 10:01
本发明专利技术涉及一种磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法。该方法步骤包括:1)磁性石墨烯的制备;2)磁性固体酸的制备;3)以磁性固体酸为催化剂,加入到含有纤维素的水溶液中,在60‑160℃条件下水解制备葡萄糖;与现有技术相比,本发明专利技术采用的磁性固体酸可通过强磁性磁铁分离回收,操作简单。反应3h纤维素转化率即可达到98%,葡萄糖收率可达94%,生产周期短,生产效率高。本发明专利技术对反应器无腐蚀,绿色经济,可望得到广泛应用。

Preparation of Glucose by Hydrolysis of Cellulose Catalyzed by Magnetic Solid Acid

The invention relates to a method for preparing glucose by hydrolysis of cellulose catalyzed by magnetic solid acid. The steps of the method include: 1) preparation of magnetic graphene; 2) preparation of magnetic solid acid; 3) preparation of magnetic solid acid; 3) preparation of glucose by hydrolysis at 60 160 C in aqueous solution containing cellulose with magnetic solid acid as catalyst; and compared with the existing technology, the magnetic solid acid used in the invention can be separated and recovered by strong magnetic iron with simple operation. The conversion of cellulose and the yield of glucose can reach 98% and 94% respectively after 3 hours of reaction. The production cycle is short and the production efficiency is high. The invention has no corrosion to the reactor, is green and economical, and is expected to be widely used.

【技术实现步骤摘要】
磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法
本专利技术涉及一种磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法,属于生物质转化再利用领域。
技术介绍
生物质能是一种贮存太阳能和提供碳源的可再生能源,可转化成液体或气体燃料。因此,生物质资源被公认为是化石资源的理想替代品之一,开发利用生物质资源对解决能源和环境问题将起到十分重要的作用。我国生物质资源非常丰富,政府历来重视生物质能的开发利用,将其纳入国家能源发展的基本政策之中,先后签署了多项国际公约、出台多项政策推动生物质能的发展。生物质能源将成为未来可持续能源的重要部分,发展生物质能具有重要的战略意义和现实意义。纤维素水解转化为小分子聚糖或葡萄糖是利用纤维素制备燃料和高附加值化学品的前提。然而,纤维素是以脱水葡萄糖为单元结构通过β-1,4糖苷键连接而成的不溶于水的高分子聚合物,降解困难。因此,纤维素水解制备葡萄糖具有重要研究价值,同时又极具挑战性。纤维素水解可以通过酶催化或者酸催化实现。酶催化选择性较高且反应条件温和,但高昂的酶成本及较长的反应时间限制了酶催化的应用。液体酸催化剂能够高效水解纤维素,但由于催化剂与产物难以分离、催化剂对反应器的强腐蚀性、催化剂难以回收,以及废酸难于处理等问题,使得该工艺难以工业化应用。为了解决现有工艺生产成本高、生产周期长、催化剂难以回收利用,以及废酸类催化剂对设备的腐蚀性等问题,本专利技术提供了一种磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法,工艺过程绿色经济,生产周期短,催化剂对设备无腐蚀性,并且催化剂可回收再利用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法。该方法全过程对设备无腐蚀性,操作简单,绿色经济,具有工业应用前景。本专利技术是通过以下技术实现的。一种磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法,其特征包括以下步骤:(1)制备磁性石墨烯;(2)制备磁性固体酸;(3)磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖。所述步骤(1)制备磁性石墨烯制备方法如下:将石墨烯配制为浓度为1-10g/L的石墨烯分散液,超声破碎0.5-2h;另配制摩尔比为2:1的Fe3+/Fe2+盐溶液;将Fe3+/Fe2+盐溶液加入石墨烯分散液中,Fe3+/Fe2+盐溶液:石墨烯分散液的体积比为1:1-10:1,用氨水调节分散液pH至9-10,得到石墨烯盐溶液;在40-90℃下,加入质量浓度为80%的水合肼,80wt%的水合肼:石墨烯盐溶液的体积比为3:100-8:100,反应2-6h;冷却、过滤、洗涤、干燥,得到磁性石墨烯。所述摩尔比为2:1的Fe3+/Fe2+盐溶液采用六水合氯化铁和四水合氯化亚铁配制,六水合氯化铁在每升盐溶液中含量为0.0037-0.037mol。所述磁性石墨烯为片层结构,片层结构上沉积有磁性物质四氧化三铁纳米粒子,如附图1。所述步骤(2)制备磁性固体酸的制备方法如下:将对氨基苯磺酸和亚硝酸钠溶解于浓度为0.5-1.5mol/L的盐酸溶液,在冰浴条件下,搅拌0.5-1.5h,得到白色沉淀物,过滤、洗涤,得到对氨基苯磺酸重氮盐;在无水乙醇中加入对氨基苯磺酸重氮盐和步骤(1)制备的磁性石墨烯,对氨基苯磺酸重氮盐与磁性石墨烯质量比为10:1-0.1:1,于30-80℃条件下搅拌反应,冷却、过滤、洗涤、干燥,得到磁性固体酸。所述对氨基苯磺酸和亚硝酸钠在每升盐酸溶液中的含量分别为1-20g和0.5-3.5g。所述对氨基苯磺酸重氮盐在每升无水乙醇中的含量为1-20g。所述于30-80℃条件下搅拌反应0.5-1.5h,搅拌速率为50-500rpm。所述磁性固体酸表面富含有丰富的羟基、羧基和苯磺酸官能团,如附图2。所述步骤(3)磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法是:将纤维素和步骤(2)制备的磁性固体酸分散于水中,于60-160℃下,反应0.5-12h,得到葡萄糖产品。所述纤维素和步骤(2)制备的磁性固体酸在每升水中含量分别为1-50g和0.3-50g。本专利技术提供一种磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法,与现有技术相比具有以下优点:(1)反应3h纤维素转化率即可达到98%,葡萄糖收率可达94%,生产周期短,生产效率高。(2)本专利技术采用的磁性固体酸可通过强磁性磁铁分离回收,操作简单。(3)本专利技术对反应器无腐蚀,绿色经济,可望得到广泛应用。附图说明图1.磁性石墨烯的结构;石墨烯为图片中的片层结构,并且石墨烯片层上富含有羟基和羧基官能团,同时石墨烯片层上均匀分布着四氧化三铁纳米粒子;图片中黑点代表四氧化三铁纳米粒子。图2.磁性固体酸的结构;石墨烯为图片中的片层结构,并且石墨烯片层上富含有羟基、羧基和苯磺酸官能团,同时石墨烯片层上均匀分布着四氧化三铁纳米粒子;图片中黑点代表四氧化三铁纳米粒子。具体实施方式下面结合具体实例对本专利技术做进一步的详细说明,需要说明的是,本专利技术不仅限于这些实施例:实施例1(1)磁性石墨烯的制备:将石墨烯配制为浓度为10g/L的石墨烯分散液,超声破碎0.5-2h;另配制摩尔比为2:1的Fe3+/Fe2+盐溶液,其中,六水合氯化铁在每升盐溶液中含量为0.02515mol,四水合二氯化铁在每升盐溶液中的含量为0.012575mol;将Fe3+/Fe2+盐溶液加入石墨烯分散液中,Fe3+/Fe2+盐溶液:石墨烯分散液的体积比为10:1,用30wt%氨水调节分散液pH至9-10,得到石墨烯盐溶液;在90℃下,加入质量浓度为80%的水合肼,80wt%的水合肼:石墨烯盐溶液的体积比为3:100,反应6h;冷却、过滤、洗涤、干燥,得到磁性石墨烯。(2)磁性固体酸的制备:将对氨基苯磺酸和亚硝酸钠溶解于浓度为1.5mol/L的盐酸溶液,对氨基苯磺酸和亚硝酸钠在每升盐溶液中的含量分别为20g和3.5g;在冰浴条件下,搅拌0.5-1.5h,得到白色沉淀物,过滤、洗涤,得到对氨基苯磺酸重氮盐;在每升无水乙醇中加入对氨基苯磺酸重氮盐20g和2g步骤(1)制备的磁性石墨烯,于80℃,500rpm条件下搅拌反应1.5h,冷却、过滤、洗涤、干燥,得到磁性固体酸。(3)磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖:将纤维素和步骤(2)制备的磁性固体酸分散于水中,纤维素和步骤(2)制备的磁性固体酸在每升水中的含量分别为50g和50g,于100℃下,反应12h,得到葡萄糖产品。此条件下,纤维素转化率为84%,葡萄糖收率为41%。实施例2(1)磁性石墨烯的制备:将石墨烯配制为浓度为5g/L的石墨烯分散液,超声破碎1h;另配制摩尔比为2:1的Fe3+/Fe2+盐溶液,其中,六水合氯化铁在每升盐溶液中含量为0.037mol,四水合二氯化铁在每升盐溶液中的含量为0.0185mol;将Fe3+/Fe2+盐溶液加入石墨烯分散液中,Fe3+/Fe2+盐溶液:石墨烯分散液的体积比为5:1,用30wt%的氨水调节分散液pH至9-10,得到石墨烯盐溶液;在65℃下,加入质量浓度为80%的水合肼,80wt%的水合肼:石墨烯盐溶液的体积比为8:100,反应4h;冷却、过滤、洗涤、干燥,得到磁性石墨烯。(2)磁性固体酸的制备:将对氨基苯磺酸和亚硝酸钠溶解于浓度为1mol/L的盐酸溶液,对氨基苯磺酸和亚硝酸钠在每升盐溶液中的含量分别为10g和2g;在冰浴条件下,搅拌1h,得到白色沉淀物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法,其特征是包括以下步骤:(1)制备磁性石墨烯;(2)制备磁性固体酸;(3)磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖。

【技术特征摘要】
1.一种磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖的方法,其特征是包括以下步骤:(1)制备磁性石墨烯;(2)制备磁性固体酸;(3)磁性固体酸催化纤维素水解制备葡萄糖。2.如权利要求1所述方法,其特征是步骤(1)制备磁性石墨烯的制备方法如下:将石墨烯配制为浓度为1-10g/L的石墨烯分散液,超声破碎0.5-2h;另配制摩尔比为2:1的Fe3+/Fe2+盐溶液;将Fe3+/Fe2+盐溶液加入石墨烯分散液中,Fe3+/Fe2+盐溶液:石墨烯分散液的体积比为1-10:1,用氨水调节分散液pH至9-10,得到石墨烯盐溶液;在40-90℃下,加入质量浓度为80%的水合肼,80wt%的水合肼:石墨烯盐溶液的体积比为3:100-8:100,反应2-6h;冷却、过滤、洗涤、干燥,得到磁性石墨烯。3.如权利要求2所述方法,其特征是所述Fe3+/Fe2+盐溶液采用六水合氯化铁和四水合氯化亚铁配制,六水合氯化铁在每升盐溶液中含量为0.0037-0.037mol。4.如权利要求1所述方法,其特征是步骤(2)制备磁性固体酸的制备方法如下:将对氨基苯磺酸和亚硝酸钠溶解于浓...

【专利技术属性】
技术研发人员:齐崴杨真真李冰琪尤生萍苏荣欣
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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