一种铁离子－醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法技术

本发明专利技术公开了一种铁离子‑醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法。该方法以半纤维素为原料，粉碎筛选后利用0.6％～1.2％的三价铁离子(质量浓度)和2％～10％的醋酸(质量浓度)在150～180℃条件下预处理20～60min，定向催化水解木聚糖生成木糖溶出，经固液分离得到木糖液，90％以上木聚糖被降解，其中木糖得率超过70％，并采用减压蒸发木糖液以醋酸‑水共沸物的形式回收醋酸。该方法操作安全、木糖得率高、降解抑制物少且实现醋酸催化剂回用；此外，作为过渡金属的三价铁离子不仅具有显著的催化作用，而且稳定，不会影响产品木糖的品质；因此，该方法更加绿色、环保和高效。

A method for producing xylose catalyzed by hemicellulose catalyzed by ferric ion acetic acid

The invention discloses a method for preparing xylose by catalyzing directed hydrolysis of hemicellulose by ferric ion acetic acid. In this method, hemicellulose was used as the raw material. After 0.6% ~ 1.2% of trivalent iron ions (mass concentration) and 2% ~ 10% acetic acid (mass concentration), the method was pretreated at 20 ~ 60min under the condition of 150~180 centigrade. The xylose was dissolved by directional catalytic aqueous xylan, and the xylose was separated by solid liquid separation, and more than 90% xylans were degraded. Xylose yield was more than 70%, and acetic acid was used to recover acetic acid from evaporated xylose solution. The method is safe to operate, high yield of xylose, less degrading inhibitor and reuse of acetic acid catalyst. In addition, the trivalent iron ions, as transition metals, not only have significant catalysis, but also are stable, and will not affect the quality of the xylose. Therefore, the method is more green, environmental and efficient.

【技术实现步骤摘要】
一种铁离子-醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法一、
本专利技术涉及生物质的高效转化与利用领域，特别涉及一种铁离子-醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法。二、
技术介绍
随着全球对能源消耗的需求，发展可持续、环境友好型的能源资源是亟须解决的。其中，木质纤维生物质被认为是世界上最广泛的可再生生物质资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素等聚合物组成。利用酸解或酶解的方法可将木质纤维转化为大量的五碳糖和六碳糖，其中最主要的五碳糖是木糖。木糖是一种重要的化工原料，在食品、饮料中作为无热量甜味剂，适用于肥胖及糖尿病患者。工业上，木糖主要通过加氢制备木糖醇。在食品、医药、化工、皮革、染料等领域，木糖都有着广泛的用途。近年来在国外，木糖作为食品甜味剂颇受青睐，需求量日益增长。木质纤维原料中的木聚糖类半纤维素含量一般为20～40％，可通过酸、酶催化生成木糖，木糖是木质纤维原料中含量仅次于葡萄糖的单糖，以用于木糖醇、木糖酸及其他生物基能源与化学品生产。目前，木糖的工业制备方法主要采用盐酸和硫酸等无机强酸加热水解生产，存在着强酸腐蚀、酸难以回用(酸耗大)、操作安全性差、降解抑制物多和废水难处理等问题。三、
技术实现思路
专利技术目的：针对当前无机强酸催化法生产木糖的强酸腐蚀、酸耗大、操作安全性差、降解抑制物多和废水难处理等问题，采用铁离子-醋酸定向催化水解木质纤维原料中的木聚糖生成木糖，操作安全、木糖得率高、降解抑制物少且实现醋酸催化剂回用。技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种铁离子-醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以半纤维素为原料，粉碎筛选后利用0.6％～1.2％的可溶性的三价铁离子(质量浓度)和2％～10％的醋酸(质量浓度)在150～180℃条件下预处理20～60min，定向催化水解木聚糖生成木糖溶出，经固液分离得到木糖液，90％以上木聚糖被降解，其中木糖得率超过70％；(2)采用减压蒸发木糖液以醋酸-水共沸物的形式回收醋酸；所述的一种铁离子-醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法，其特征在于：所述的木质纤维原料包括木材、草类和秸秆等木质纤维原料。所述的三价铁离子浓度为0.6％～1.2％(质量浓度)，醋酸浓度2％～10％(质量浓度)，反应温度150～180℃，反应时间20～60min。所述的醋酸回收方法为减压蒸发。所述的木糖浓度测定采用高效液相色谱法(CN200910264392.1)。有益效果：与传统无机酸制备木糖相比，采用铁离子-醋酸进行预处理能够降解木质纤维原料中90％以上的木聚糖，制备得率超过70％的木糖。该方法操作安全、木糖得率高、降解抑制物少，还可缩短反应时间，减少工艺路线；此外，作为过渡金属的三价铁离子不仅具有显著的催化作用，而且稳定，不会影响产品木糖的品质；更重要的是，醋酸安全温和，易于分离和回收，对生产设备的腐蚀性远低于无机酸。因此，该方法更加绿色、环保和高效。四、具体实施方式实施案例1在30mL不锈钢反应罐中，加入25mL含有2.5g杨木屑、2％醋酸(质量浓度)和0.6％氯化铁(质量浓度)的反应物，密封，在170℃条件下处理40min。反应结束后，固液分离，液体部分用高效液相色谱(HPLC)检测木糖含量，采用减压蒸发回收醋酸，采用添加氢氧化钠生成氢氧化铁沉淀以去除铁离子。经检测，产品中木糖的浓度达到13.0g/L，木聚糖的降解率达到91.1％，木糖的得率超过73％。实施案例2在500mL不锈钢反应罐中，加入400mL含有40g杨木屑、5％醋酸(质量浓度)和0.8％氯化铁(质量浓度)的反应物，密封，在160℃条件下处理30min。反应结束后，固液分离，液体部分用高效液相色谱(HPLC)检测木糖含量，采用减压蒸发回收醋酸，采用添加氢氧化钠生成氢氧化铁沉淀以去除铁离子。经检测，产品中木糖的浓度达到12.8g/L，木聚糖的降解率达到85.3％，木糖的得率超过70％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁离子‑醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以半纤维素为原料，粉碎筛选后利用0.6％～1.2％的三价铁离子(质量浓度)和2％～10％的醋酸(质量浓度)在150～180℃条件下预处理20～60min，定向催化水解木聚糖生成木糖溶出，经固液分离得到木糖液，90％以上木聚糖被降解，其中木糖得率超过70％。(2)采用减压蒸发木糖液以醋酸‑水共沸物的形式回收醋酸。

【技术特征摘要】
1.一种铁离子-醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以半纤维素为原料，粉碎筛选后利用0.6％～1.2％的三价铁离子(质量浓度)和2％～10％的醋酸(质量浓度)在150～180℃条件下预处理20～60min，定向催化水解木聚糖生成木糖溶出，经固液分离得到木糖液，90％以上木聚糖被降解，其中木糖得率超过70％。(2)采用减压蒸发木糖液以醋酸-水共沸物的形式回收醋酸。2.根据权利要求1所述的一种铁离子-醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法，其特征在于：所述的木质纤维原料包括木材、草类和...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄凯旋，徐勇，罗京，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32