System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种硅基磁性固体酸及其制备方法和应用技术_技高网

一种硅基磁性固体酸及其制备方法和应用技术

技术编号:41211931 阅读:22 留言:0更新日期:2024-05-09 23:35
本发明专利技术属于生物质催化领域,具体涉及一种硅基磁性固体酸及其制备方法和应用。具体技术方案包括:一种硅基磁性固体酸催化剂,所述催化剂为磺化的Fe3O4硅基材料Fe3O4@Si‑SO3Hx,x为浓硫酸体积与Fe3O4@Si质量的比例。本发明专利技术提供了一种硅基磁性固体酸催化剂。所述催化剂制备方法简单,不易氧化,且同时具有固液分离和固固分离的优势,可高效率催化半纤维素获得木糖,且催化完成后可以便捷地回收进行重复利用,绿色环保,应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质催化领域,具体涉及一种硅基磁性固体酸及其制备方法和应用


技术介绍

1、发酵糖是由葡萄糖、木糖和部分多糖(如麦芽糖)组成的一类化合物,是重要、需求量大且具有广泛应用前景的平台化合物。目前常采用传统酶催化技术利用生物质制备发酵糖。即先采用物理(如蒸汽爆破和机械粉碎等)或者化学(如高温液态水、无机酸和无机碱等)或者物理-化学相结合的预处理方法降低生物质的顽抗性,再对固体残渣进行酶水解,获得发酵糖。

2、在酶水解前,如果不进行预处理则水解效率低。如果采用酸碱预处理,又存在腐蚀性强、回收困难且需要进行废水处理等弊端。而且传统酶催化法从生物质获得发酵糖的产率远低于理论值。生物质中半纤维素和纤维素都可以用于制备发酵糖,但当前大部分研究都将半纤维素当作“废品”,通过预处理去除生物质中的半纤维素和木质素,抑制半纤维素和木质素对纤维素酶发生“抢酶”现象,提高酶对纤维素的可及性,以便实现纤维素酶高效酶解。这些处理中,半纤维素被严重浪费,导致发酵糖产率低。

3、由半纤维素通过断裂糖苷键并解聚转化以制备木糖需要合适的酸性环境。研究者通常采用均相催化剂提供酸性环境并进行催化,例如无机酸如hcl、h2so4和h3po4等,有机酸如乙醇酸,以及金属盐如fecl3、alcl3和al2(so4)3等。但均相催化剂难于与溶液分离,不利于发酵糖液的进一步研究和利用。

4、因此,亟待发展一种绿色、经济、高效的方法,突破高效利用半纤维素制备木糖的技术瓶颈。


技术实现思路

<p>1、本专利技术的目的是提供一种硅基磁性固体酸及其制备方法和应用。

2、为实现上述专利技术目的,本专利技术所采用的技术方案是:一种硅基磁性固体酸催化剂,所述催化剂为磺化的fe3o4硅基材料fe3o4@si-so3hx,x为浓硫酸体积与fe3o4@si质量(g)的比例,单位为ml/g。

3、优选的,x=2~15。

4、相应的,所述催化剂的制备方法,包括如下步骤:

5、(1)制备fe3o4@si:将fe3o4加入无水乙醇、纯水和氨水的混合液中,搅拌均匀,再逐滴滴入正硅酸四乙酯,充分搅拌后,分离获得fe3o4@si颗粒;

6、(2)制备fe3o4@si-so3h:在所述fe3o4@si中加入浓硫酸进行磺化,随后将混合物缓慢倒入水中,分离获得固体样品,用水洗涤固体样品至不存在so42-为止,烘干,得所述催化剂。

7、优选的,步骤(1)中,fe3o4质量和正硅酸四乙酯体积的比例关系为0.2~0.8g/ml。

8、优选的,步骤(2)中,磺化条件为:120~140℃下磺化8~12h。

9、相应的,所述催化剂或利用所述制备方法制备的催化剂在催化生物质制备木糖上的应用。

10、优选的,所述生物质中含有木聚糖结构单元和/或半纤维素。

11、优选的,在催化木聚糖或含有木聚糖结构单元的生物质制备木糖上的应用,包括如下步骤:

12、将木聚糖和/或含木聚糖结构单元的生物质、所述催化剂和纯水加入密闭反应容器中,持续通入惰性气体以替换反应容器中的空气,随后于60~120℃进行反应,反应结束后,收集获得的反应液。

13、优选的,在催化半纤维素或含有半纤维素的生物质制备木糖上的应用,包括如下步骤:

14、将半纤维素和/或含有半纤维素的生物质、所述催化剂和纯水,加入密闭反应容器中,持续通入惰性气体以替换反应容器中的空气,随后于140~200℃进行反应,反应结束后,收集获得的反应液。

15、优选的,所述含有半纤维素的生物质为玉米芯。

16、本专利技术具有以下有益效果:

17、本专利技术提供了一种硅基磁性固体酸催化剂。所述催化剂制备方法简单,不易氧化,且同时具有固液分离和固固分离的优势,可高效率催化半纤维素获得木糖,且催化完成后可以便捷地回收进行重复利用。

18、所述催化剂以fe3o4为磁性来源,以硅层作为fe3o4的保护层,可以避免fe3o4团聚并失磁,且以硅作为载体更容易实现磺化,制备的催化剂具有较高的稳定性和易制备的优点。该催化剂通过浓硫酸磺化的方式形成以-so3h为酸性基团的催化剂,可以仅在纯水中低温高效催化木聚糖和玉米芯中半纤维素制备木糖,解决了传统酶催化法中半纤维素未高效利用制备木糖的技术瓶颈,以及由生物质中半纤维素制备木糖工艺中存在均相催化剂回收困难、非磁性固体酸催化剂难以与反应残渣分离的问题,绿色环保,具有巨大的应用前景和推广价值。

19、半纤维素是含木聚糖结构单元的聚合物,以本专利技术提供的催化剂和方法单独催化木聚糖制备木糖的效果比催化半纤维素效果更好,这可能是因为:半纤维素结构更复杂、具有更强的顽抗性且杂质更多,更不利于反应的进行。因此,本专利技术还针对原料不同,分别提供了以木聚糖为原料制备木糖的方法,以及以含丰富半纤维素的生物质为原料制备木糖的方法。

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【技术保护点】

1.一种硅基磁性固体酸催化剂,其特征在于:所述催化剂为磺化的Fe3O4硅基材料Fe3O4@Si-SO3Hx,x为浓硫酸体积与Fe3O4@Si质量的比例,单位为mL/g。

2.根据权利要求1所述催化剂,其特征在于:x=2~15。

3.权利要求1或2所述催化剂的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:

4.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于:步骤(1)中,Fe3O4质量和正硅酸四乙酯体积的比例关系为0.2~0.8g/mL。

5.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于:步骤(2)中,磺化条件为:120~140℃下磺化8~12h。

6.权利要求1或2所述催化剂或利用权利要求3~5任意一项所述制备方法制备的催化剂在催化生物质制备木糖上的应用。

7.根据权利要求6所述应用,其特征在于:所述生物质中含有木聚糖结构单元和/或半纤维素。

8.根据权利要求6所述应用,其特征在于:在催化木聚糖或含有木聚糖结构单元的生物质制备木糖上的应用,包括如下步骤:

9.根据权利要求6所述应用,其特征在于:在催化半纤维素或含有半纤维素的生物质制备木糖上的应用,包括如下步骤:

10.根据权利要求9所述应用,其特征在于:所述含有半纤维素的生物质为玉米芯。

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【技术特征摘要】

1.一种硅基磁性固体酸催化剂,其特征在于:所述催化剂为磺化的fe3o4硅基材料fe3o4@si-so3hx,x为浓硫酸体积与fe3o4@si质量的比例,单位为ml/g。

2.根据权利要求1所述催化剂,其特征在于:x=2~15。

3.权利要求1或2所述催化剂的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:

4.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于:步骤(1)中,fe3o4质量和正硅酸四乙酯体积的比例关系为0.2~0.8g/ml。

5.根据权利要求3所述制备方法,其特征在于:步骤(2)中,磺化条件为:120~140℃下磺化8~1...

【专利技术属性】
技术研发人员:罗倚坪江斌李东邓放
申请(专利权)人:中国科学院成都生物研究所
类型:发明
国别省市:

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