一种降解木质纤维素的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及生物化工技术领域，具体提供了一种降解木质纤维素的新方法，是以卤盐溶液为溶剂，以无机浓酸为催化剂，将木质纤维素材料在常压下于100-130℃反应10-120min，反应结束后，即得到木质纤维素水解液。所述方法是在高盐浓度下水解木质纤维素材料，且以浓酸为催化剂，耗酸量少，条件温和，反应时间短，对反应器腐蚀性小，反应进度容易控制。本发明专利技术选用质量百分比为60%-65%的卤盐溶液作为溶剂对木质纤维素材料进行降解，所得木质纤维素水解液中木糖和葡萄糖的得率得到大幅度提升，均高于90%，取得了意料不到的技术效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物化工
，具体的提供了一种降解木质纤维素的方法及其应 用。
技术介绍
木质纤维素是自然界丰富的可再生资源，在普遍的农作物中，纤维素约占其干重 的45%左右。秸杆的主要化学成分是纤维素、半纤维素、木质素，上述三种物质的总重量基 本保持在70%左右。将纤维素和半纤维素降解成以葡萄糖、木糖为主的糖类物质并转化为 液体燃料和化工原料是高效利用秸杆的理想途径之一。 纤维素本身是非均质的，不同部位对同一化学试剂或催化剂表现出不同的可及 度，另外由于纤维素分子间和分子内氢键的作用，其多相反应必须经历由表及里的逐层反 应过程，纤维素在温度高于250Γ才开始热分解，其分子结构中侧链断裂生成小分子产物， 这是造成纤维素转化率低、产品均匀性差等缺点的重要原因；同时，这也导致纤维素需要较 高温度才能发生热分解的。但是，在均相反应环境下，纤维素在离子液体体系的作用下，纤 维素溶解并形成均匀溶液，分子间与分子内氢键断裂或作用力极弱，反应试剂或催化剂的 可及度提高，在一定条件下（如高温、真空或高压），纤维素中葡萄糖单元中的侧链、羟基等 断裂，生成分子量较低的产物。因此，有必要开发新的高效的纤维素转糖技术，促进可再生 生物质资源的有效利用。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术的不足，提供了一种高效降解木质纤维素材料的新方法。 所述方法能显著提高木质纤维素的转化效率，减少反应时间。 本专利技术一方面提供了一种降解木质纤维素的方法，是以卤盐溶液为溶剂，以无机 浓酸为催化剂，将木质纤维素材料在常压下于100-130°C反应10-120min，反应结束后，即 得到木质纤维素水解液。 所述卤盐溶液的质量百分比为60% -65%，木质纤维素材料与卤盐溶液的质量体 积比为10-15 :1，木质纤维素材料与无机酸的质量体积比为10-20 :1。 其中，卤盐选自CaC12、CaBr2、LiBr中的任意一种； 无机浓酸选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸中的任意一种，均为市售浓酸； 木质纤维素材料选自木糖渣、玉米秸杆粉、木粉中的任意一种。 进一步优选的方案，具体是：以质量百分比为60 %的CaBr2溶液为溶剂，以市售浓 盐酸为催化剂，以玉米秸杆粉为木质纤维素材料，其中玉米秸杆粉与CaBr2溶液的质量体 积比为1 :1〇,玉米秸杆粉与浓盐酸的质量体积比为10 :1，在常压下于115°C反应15min，即 得到木质纤维水解液。 本专利技术具有以下优点： 与现有技术相比，本专利技术所述方法是在高盐浓度下水解木质纤维素材料，且以浓 酸为催化剂，耗酸量少，条件温和，反应时间短，对反应器腐蚀性小，反应进度容易控制。本 专利技术选用质量百分比为60% -65%的卤盐溶液作为溶剂对木质纤维素材料进行降解，所得 木质纤维素水解液中木糖和葡萄糖的得率得到大幅度提升，均高于90% ;且随着卤盐溶液 浓度的不断增加，木糖的得率略有下降，而葡萄糖的得率略有提高，但木糖的得率始终低于 葡萄糖的得率，取得了意料不到的技术效果。本专利技术所述方法可高效利用木质纤维素资源， 为解决长期以来木质纤维素的充分利用问题开辟了新途径，在获取生物能源和生物基化学 品专利技术具有巨大的应用前景。【具体实施方式】 下面结合具体的实施方案对本专利技术进行更详细的描述。但本专利技术并不受所述实施 例的限制。提供实施方案的目的是为了使说明书全面而透彻，并向本领域的技术人员全面 传达专利技术的范围。除另定义外，本专利技术所使用的所有技术和科学术语均具有作为本专利技术所 属
中普通技术人员通常理解的同样的含义。 本专利技术所用仪器设备为行业内常用设备，所用原料和试剂可选自市售任意一 种，例如：CaBr2、LiBr、浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸等均可购自国药集团。下属实施例中所述 CaBr2、LiBr等卤盐溶液是由卤盐加水配制而成的。 实施例1 取质量百分比为60%的CaBr2溶液5ml，加入0. 5g玉米秸杆粉和50ul市售浓盐 酸，在常压下于115°C反应15min ;反应结束后，即得到木质纤维素水解液。 HPLC测定结果显示，上述木质纤维素水解液中木糖的含量为0.0969g，葡萄糖的 含量为0· 1923g。 木质纤维素材料中木糖和葡萄糖的总含量测定方法如下： 称取绝干的木质纤维素材料300±0. lmg，置于已经称重的密封管中，做好标记； 加入31111±0.011111的72%浓硫酸，用聚氟四烯棒旋转混匀11^11 ;密封管放置30°(：水浴锅中 lh，中间搅拌5-10min，加入84±0. 04ml的无菌水稀释至4%稀酸，混勾，把管放入安全容器 架上，121°C。高压蒸汽水解lh，取出，自然冷却。从酸化液中取出2ml液体离心，用HPLC测 定葡萄糖和木糖的含量，计算木质纤维素材料中葡萄糖和木糖的质量百分比。 按照上述方法测得上述玉米秸杆粉中木糖的质量百分比为21%，葡萄糖的质量 百分比为41%。经计算，0. 5g玉米秸杆粉中木糖的总含量为0. 1048g，葡萄糖的总含量为 0. 2034g〇 经计算可知，利用本专利技术所述方法降解木质纤维素材料，木糖和葡萄糖得率分别 为 92. 45%，94· 56%。 木糖的得率=水解液中木糖的含量/木质纤维素材料料中木糖的总含 量 X100%〇 葡萄糖的得率=水解液中葡萄糖的含量/木质纤维素原料中葡萄糖的总含 量 X100%〇 实施例2 取质量百分比为62%的CaBr2溶液6ml，加入0. 5g木糖渣和50ul市售浓硫酸，在 常压下于100°C反应120min ;反应结束后，即得到木质纤维素水解液。 HPLC测定结果显示，上述木质纤维素水解液中木糖的含量为0. 0114g，葡萄糖 的含量为〇. 1509g ;而上述0. 5g木糖渣中当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降解木质纤维素的方法，其特征在于，是以卤盐溶液为溶剂，以无机浓酸为催化剂，将木质纤维素材料在常压下于100‑130℃反应10‑120min，反应结束后，即得到木质纤维素水解液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董计巧，帅李，刘鲁民，
申请(专利权)人：青岛蔚蓝生物集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37