【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物质资源利用，具体涉及一种光催化制备果糖的方法。
技术介绍
1、将可再生的农业生物质和木质纤维素废物中的碳水化合物转化为高附加值的化学品是现代生物炼制工业的基础。典型的高附加值化学品如糠醇(fa)、糠醛(ff)、乙酰丙酸(la)，γ-戊内酯(gvl)、5-羟甲基糠醛(hmf)等。其中，hmf的用途非常广泛，受到工业界和学术界的较多关注。相较于葡萄糖和其他吡喃己糖，果糖的呋喃酮糖结构使其生成hmf的速率更快，选择性更高，但在产量和价格上果糖却有较为明显的缺点。目前通常是在路易斯酸的作用下发生分子内氢化物转移，形成果糖。而主流的均相路易斯酸异构化产生的废液量较大，且选择性低，一般需要热能等能量来引发反应。
2、减少化石能源的使用、提高其利用率、寻找化石能源替代品以及能源的循环利用等课题是近年来科学界不可忽视的研究方向。目前大部分反应仍然选择由化石燃料转化的能量引发，化石燃料的大量使用和能量的多级转化导致能量应用效率低。从反应角度进行改进，一些学者尝试利用催化方式来进行反应。常规的化学催化虽然适用面广，但废液废气等的排放问题不容忽视。而生物催化通常存在催化酶培养条件较为苛刻，综合成本较高等问题。
3、因此，本专利技术旨在提供一种光催化制备果糖的方法，以实现高选择率、温和的条件下制备得到果糖。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种光催化制备果糖的方法，具有选择性高，反应条件温和，光催化剂造价低、且能重复使用的优点。
2、为达到以
3、第一方面，本专利技术提供了一种光催化制备果糖的方法，以六碳糖为原料，在光催化剂的作用下，光照进行异构化反应，制备得到果糖。
4、其中，所述光催化剂的组成包括非贵金属的金属单质、非贵金属的金属氧化物、非贵金属的金属氯化物中的至少一种；或者，所述光催化剂的组成还包括非金属元素的单质、非金属元素的聚合物、非金属元素的氧化物中的至少一种。
5、所述光催化剂为包括至少两相的多相复合材料，多相复合材料中的各相可以相同也可以不同。具体地，所述光催化剂例如可以是由非贵金属的金属单质、非贵金属的金属氧化物、非贵金属的金属氯化物中的至少一种与非金属元素的单质、非金属元素的聚合物、非金属元素的氧化物中的至少一种组成的多相复合材料；或者可以是由非贵金属的金属单质、非贵金属的金属氧化物、非贵金属的金属氯化物中的任意两种或以上组成的多相复合材料；或者可以是由非金属元素的单质、非金属元素的聚合物、非金属元素的氧化物中的任意两种或以上组成的多相复合材料。
6、作为本专利技术一种实施方案，所述光催化剂中，所述非贵金属选自镁、铝、钙、钡、钪、钛、铬、铜、锰、铁、钴、镍、镓、铈、镧、锌、铌、镉、铅、锆、锡。
7、优选地，所述非贵金属选自镁、铝、钙、钛、铜、铁、铈、锌、锡。
8、作为本专利技术一种实施方案，所述光催化剂中，所述非金属元素选自硼、碳、氮、硅、磷。
9、优选地，所述非金属元素选自碳、氮。
10、作为本专利技术一种实施方案，所述光催化剂选自ti/zncl2、sn/si、cu/alcl3/g-c3n4、ce/alcl3/g-c3n4、mgo/cao/fe/g-c3n4中的任一种。
11、作为本专利技术一种实施方案，本专利技术所述光照采用自然光、led、紫外光氙灯、紫外光汞灯中的一种或多种为光源。
12、优选地，所述光照采用紫外光氙灯和/或紫外光汞灯为光源，紫外线波长为280～400nm，辐照强度为0.3～18w/m2。
13、作为本专利技术一种实施方案，所述六碳糖选自葡萄糖、半乳糖、甘露糖、山梨糖、蔗糖、菊糖、水解后的淀粉、纤维素中的一种或多种。
14、优选地，所述六碳糖选自葡萄糖、半乳糖、甘露糖、山梨糖中的一种或多种。
15、作为本专利技术一种实施方案，本专利技术所述异构化反应采用的反应溶剂为水和/或有机溶剂，优选为水和有机溶剂组成的混合溶剂。
16、优选地，所述混合溶剂中水和有机溶剂的体积比为1：(2～5)，更优选所述混合溶剂中水和有机溶剂的体积比为1：3。
17、作为本专利技术一种实施方案，所述有机溶剂选自乙二醇、甲醇、乙醇、丙酮、4-甲基-2-戊酮、n,n-二甲基甲酰胺、乙腈、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、二甲基亚砜、乙二醇二甲醚、乙醚、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、吡啶、苯、异丙醇、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃中的一种或多种。
18、优选地，所述有机溶剂选自二甲基亚砜、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃中的至少一种。
19、优选地，当有机溶剂采用2-甲基四氢呋喃时，可以在反应体系中添加乙酸或柠檬酸，以促进反应的进行。其中，优选乙酸或柠檬酸的用量为所述六碳糖原料质量的1.0～5.0％，进一步优选乙酸或柠檬酸的用量为所述六碳糖原料质量的1.5～4.5％。
20、作为本专利技术一种实施方案，所述混合溶剂中六碳糖的浓度为0.05～0.25g/ml。
21、作为本专利技术一种实施方案，所述光催化剂的用量为所述六碳糖原料质量的1～15％。
22、优选地，所述光催化剂的用量为所述六碳糖原料质量的5～15％；进一步优选地，所述光催化剂的用量为所述六碳糖原料质量的7.5～13.5％。
23、作为本专利技术一种实施方案，所述异构化反应的反应温度为20～35℃，优选为25～30℃。
24、作为本专利技术一种实施方案，所述异构化反应的反应时间为0.5～24h，优选为5～20h。
25、作为本专利技术一种实施方案，所述光催化制备果糖方法还包括步骤：在所述异构化反应结束后，对反应液中的光催化剂进行回收，之后进行活性再生处理，得到再生光催化剂；所述再生光催化剂进行循环使用，经试验，可以至少循环使用十次以上。
26、其中，所述活性再生处理包括干燥和高温焙烧处理；优选地，所述干燥处理的温度为75℃，所述高温焙烧处理的温度为500℃。
27、本专利技术采用光催化剂催化六碳糖(如吡喃结构的己糖)进行异构化反应，在光驱动下，光催化剂的高效电荷分离能使电子云发生瞬态重排，进而触发路易斯酸碱位点的产生。掺杂有特定元素的光催化剂能够起到有效分离电荷载流子和特定活性位点的作用，因此可以在光照下实现六碳糖如葡萄糖到果糖的异构化。从反应角度来看，相比生物酶催化，光催化对反应条件的要求更低，综合成本下降。与化学催化相比，光催化的反应选择性进一步增加，反应条件更温和。从能量角度来讲，光催化不仅将太阳能转化为可供化学反应使用的能量，同时减少了大气、水的环境污染，从而顺应近年来国家提出的“双碳”理念。本专利技术提供的采用光催化剂催化六碳糖异构化反应制备果糖的方法，为生物质的高值化利用和转化提供了新的方向。
28、本专利技术提供的光催化制备果糖的方法，反应体系简单，反应条件温和；所用的光催化剂掺杂了非贵金属的金属元素以及非金属单质和聚合物，造价低，且能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光催化制备果糖的方法，其特征在于，以六碳糖为原料，在光催化剂的作用下，光照进行异构化反应，制备得到果糖；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非贵金属选自镁、铝、钙、钡、钪、钛、铬、铜、锰、铁、钴、镍、镓、铈、镧、锌、铌、镉、铅、锆、锡；和/或，所述非金属元素选自硼、碳、氮、硅、磷；优选地，所述非贵金属选自镁、铝、钙、钛、铜、铁、铈、锌、锡；和/或，所述非金属元素选自碳、氮。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光催化剂选自Ti/ZnCl2、Sn/Si、Cu/AlCl3/g-C3N4、Ce/AlCl3/g-C3N4、MgO/CaO/Fe/g-C3N4中的任一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述光照采用自然光、LED、紫外光氙灯、紫外光汞灯中的一种或多种为光源；优选地，所述光照采用紫外光氙灯和/或紫外光汞灯为光源，紫外线波长为280～400nm，辐照强度为0.3～18W/m2。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述六碳糖选自葡萄糖、半乳糖、甘露糖、山梨糖、蔗糖、菊糖、
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述异构化反应采用的反应溶剂为水和/或有机溶剂，优选为水和有机溶剂组成的混合溶剂，所述混合溶剂中水和有机溶剂的体积比为1：(2～5)；
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述混合溶剂中六碳糖的浓度为0.05～0.25g/mL。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述光催化剂的用量为所述六碳糖原料质量的1～15％；优选地，所述光催化剂的用量为所述六碳糖原料质量的5～15％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异构化反应的反应温度为20～35℃，优选为25～30℃。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述光催化制备果糖方法还包括步骤：在所述异构化反应结束后，对反应液中的光催化剂进行回收，之后进行活性再生处理，得到再生光催化剂；所述再生光催化剂进行循环使用；
...【技术特征摘要】
1.一种光催化制备果糖的方法，其特征在于，以六碳糖为原料，在光催化剂的作用下，光照进行异构化反应，制备得到果糖；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非贵金属选自镁、铝、钙、钡、钪、钛、铬、铜、锰、铁、钴、镍、镓、铈、镧、锌、铌、镉、铅、锆、锡；和/或，所述非金属元素选自硼、碳、氮、硅、磷；优选地，所述非贵金属选自镁、铝、钙、钛、铜、铁、铈、锌、锡；和/或，所述非金属元素选自碳、氮。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光催化剂选自ti/zncl2、sn/si、cu/alcl3/g-c3n4、ce/alcl3/g-c3n4、mgo/cao/fe/g-c3n4中的任一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述光照采用自然光、led、紫外光氙灯、紫外光汞灯中的一种或多种为光源；优选地，所述光照采用紫外光氙灯和/或紫外光汞灯为光源，紫外线波长为280～400nm，辐照强度为0.3～18w/m2。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述六碳糖选自葡萄糖、...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁越，张宇，王博，夏至，王艳涛，
申请(专利权)人：中科国生杭州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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