一种利用MoS2活化过硫酸盐催化体系促进木质纤维素原料降解的方法技术

本发明专利技术属于木质纤维素原料预处理技术领域，具体涉及一种利用MoS2活化过硫酸盐催化体系促进木质纤维素原料降解的方法。本发明专利技术通过利用MoS2对过硫酸盐进行活化，提高硫酸根自由基的生产效率，提出了一种利用MoS2活化过硫酸盐催化体系，用于木质纤维素的预处理。本发明专利技术所述利用MoS2活化过硫酸盐催化体系促进木质纤维素原料降解的方法，此方法在过硫酸盐和纤维素酶低剂量的情况下依然具有较高的酶解效率。本发明专利技术试验结果发现MoS2是一种高效的硫酸根型活化剂，它对SO4‑

【技术实现步骤摘要】
一种利用MoS2活化过硫酸盐催化体系促进木质纤维素原料降解的方法


[0001]本专利技术属于木质纤维素原料预处理
，具体涉及一种利用MoS2活化过硫酸盐催化体系促进木质纤维素原料降解的方法。

技术介绍

[0002]由于化石燃料的不可再生性，已经不能满足全球日益增长的能源需求。作为化石燃料的替代品，生物燃料是一种具有应用前景的绿色原料，第一代生物燃料主要包括大麦、小麦、玉米、甘蔗等农作物。
[0003]中国作为农业大国，每年都产生了大量的农业生产废弃物，如玉米秸秆、小麦秸秆、稻草、甘蔗渣、棉花秸秆和竹子等。农业废弃物的直接燃烧将会导致严重的环境污染，农业废弃物还田又会导致土壤病虫害、水肥流失等问题。同时，大量的农作物秸秆也是生产生物燃料的重要生物质来源。然而，由于缺乏适当的处理方法，一半以上的玉米秸秆仍未使用，而其中一些用于动物饲养，一些在露天焚烧，转化利用率较低。并且这些非正式处理玉米秸秆的做法往往会向大气中释放污染物，并对当地环境产生负面影响。
[0004]玉米秸秆作为一种典型的农业废弃物资源，其成本低廉，资源丰富，具有广阔的应用前景。但是，玉米秸秆的天然性和内部成分复杂的顽固性限制了其再利用和转化。实验证明，预处理可以打破木质纤维素的顽固结构，去除部分木质素和半纤维素，提高碳水化合物的酶解效率。因此，加工前的预处理是克服其顽固性和提高生物转化率必不可少的步骤。
[0005]目前常见的预处理技术，包括研磨、碱、酸、有机溶剂、高温、蒸汽爆破等方法，主要是通过木质素和半纤维素基质的解聚来分解木质纤维素致密的结构。但是，这些方法均有一些缺点，例如反应时间长，效率低，价格高昂等。
[0006]近些年，过硫酸盐高级氧化技术引起了广泛的讨论与关注。过硫酸盐常温下呈固态，易存储与运输，稳定性高，价格低廉且易溶于水。通过简单加热，过硫酸盐阴离子会产生硫酸根，在热活化过程中，过硫酸盐分子中的过氧化物键会发生裂解反应，形成硫酸根自由基(SO4‑
·
)，通过氧化的方式破坏生物质结构，从而改变生物质的结晶度和表面特征(Seo,Yeong,Hwan,et al.Lipid extraction from microalgae cell using persulfate
‑
based oxidation[J].Bioresource Technology:Biomass,Bioenergy,Biowastes,Conversion Technologies,Biotransformations,Production Technologies,2016,200:1073
‑
1075.)。在农作物纤维素降解过程中，利用过硫酸盐预处理的方式可以促进农业秸秆生物质结构的分解，利于木质素纤维素的降解。同时，过硫酸盐高级氧化技术还具有价格低廉、反应过程中不会产生铁基污泥、不涉及危险化合物、以及容易储存运输等优点，能够很容易地替代羟自由基成为一种理想的绿色氧化预处理的方法。
[0007]而仅通过高温进行活化是远远不够的，其缺点也是相对比较明显，所需过硫酸盐浓度过高，对农作物进行降解时，还需要增加酶的添加量，并且消化率较低，难以满足其实际应用。
[0008]MoS2由于其强大的电子迁移能力在许多领域(包括催化等)都得到了广泛的研究。它表面具有大量的活性位点，能够使Mo
2+
氧化为Mo
4+
和Mo
6+
，这是其具有强大的共催化性能的原因。
[0009]基于此，专利技术人通过将MoS2对过硫酸盐进行活化，促进生成更多的硫酸根自由基，并用于对农作物木质纤维素降解时的预处理，进一步提高木质纤维素的酶解效率。

技术实现思路

[0010]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，通过利用MoS2对过硫酸盐进行活化，提高硫酸根自由基(SO4‑
·
)的生产效率，提出了一种利用MoS2活化过硫酸盐催化体系，用于木质纤维素的预处理。
[0011]本专利技术还提出了一种利用MoS2活化过硫酸盐催化体系促进木质纤维素原料降解的方法，此方法在过硫酸盐和纤维素酶低剂量的情况下依然具有较高的酶解效率。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0013]一种MoS2活化过硫酸盐催化体系，所述体系包括MoS2和过硫酸盐，通过MoS2对过硫酸盐的活化从而提高木质纤维素原料的降解效率。
[0014]具体的，所述催化体系，通过将MoS2和过硫酸盐混合并溶于水中得到混合溶液(作为预处理液使用)，混合溶液中MoS2的终浓度为0.5
‑
1.5g/L，过硫酸盐的终浓度为1
‑
16mM，所述催化体系pH值为2
‑
5，优选为3。
[0015]具体的，混合溶液中MoS2的终浓度为0.5、0.75、1、1.25或1.5g/L，优选为1.25g/L；混合溶液中过硫酸盐的终浓度为1、4、8、12、14、16mM，优选为14mM。
[0016]具体的，使用所述催化体系对木质纤维素进行预处理时，MoS2和过硫酸盐制备的混合溶液中，MoS2的终浓度为1.25g/L；过硫酸盐的终浓度为14mM。
[0017]具体的，所述过硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸氢钾中的一种。
[0018]基于一个总的专利技术构思，本专利技术还提出了所述MoS2活化过硫酸盐催化体系在木质纤维素原料预处理中的应用。
[0019]进一步的，本专利技术还提出了一种利用所述MoS2活化过硫酸盐催化体系预处理木质纤维素原料的方法，包括以下步骤：
[0020]将MoS2和过硫酸盐混合并溶于水中得到混合溶液，作为预处理液(MoS2和过硫酸盐可以以固体形式混合也可以以溶液形式混合)，称取木质纤维素原料并加入至混合溶液中，处理时间30min～3h，处理温度为80
‑
140℃，即得产物。
[0021]优选的，处理时间为30min、1h、2h或3h；处理温度为80℃、100℃、120℃或140℃。
[0022]具体的，在加入木质纤维素原料时，按照料液比1g：10～30mL进行添加。
[0023]具体的，混合溶液的体积为100
‑
300mL，优选为100mL。
[0024]具体的，混合溶液中MoS2的终浓度为0.5
‑
1.5g/L，过硫酸盐的终浓度为1
‑
16mM。
[0025]具体的，混合溶液中MoS2的终浓度为0.5、0.75、1、1.25或1.5g/L，优选为1.25g/L；混合溶液中过硫酸盐的终浓度为1、4、8、12、14、16mM，优选为14mM。
[0026]优选的，所述木质纤维素原料为木材原料或农作物秸秆；进一步优选的，所述木材原料为桉木、榉木、松木、桦木或杨木；所述农作物秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆或甘蔗渣。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MoS2活化过硫酸盐催化体系，其特征在于，通过将MoS2和过硫酸盐混合并溶于水中得到混合溶液，混合溶液中MoS2的终浓度为0.5
‑
1.5g/L，过硫酸盐的终浓度为1
‑
16 mM，所述催化体系pH值为2
‑
5。2.根据权利要求1所述的MoS2活化过硫酸盐催化体系，其特征在于，所述混合溶液中MoS2的终浓度为1.25g/L；混合溶液中过硫酸盐的终浓度为14mM。3.权利要求1所述MoS2活化过硫酸盐催化体系在木质纤维素原料预处理中的应用。4.一种利用权利要求1所述MoS2活化过硫酸盐催化体系预处理木质纤维素原料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将MoS2和过硫酸盐混合并溶于水中得到混合溶液，作为预处理液，称取木质纤维素原料并加入至混合溶液中，处理时间30min~3h，处理温度为80
‑
140℃，即得产物。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述木质纤维素原料为木材原料或农作物秸秆；所述木材原料为桉木、榉木、松木、桦木或杨木；所述农作物秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆或甘蔗渣。6.权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志敏，宋安东，李梦洁，吕东灿，姜广策，王风琴，张宏森，毛国涛，谢慧，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：