專利名稱：：一種固體酸水解植物纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于植物纖維酸水解制取糖的方法，具體涉及到固體磺酸用于植物纖維的水解方法。
背景技術(shù)：
：利用生物質(zhì)資源生產(chǎn)液體燃料以及化工產(chǎn)品，是把纖維素水解成糖類，如寡糖、單糖等，然后利用微生物(假絲酵母、釀酒酵母等)來(lái)生產(chǎn)液體燃料和化工產(chǎn)品。纖維素水解糖化方法主要有稀酸法、濃酸法、酶法以及現(xiàn)在研究較為熱門的超低酸水解和超臨界水水解。傳統(tǒng)的酸水解工藝為濃酸水解和稀酸水解，稀酸水解對(duì)工藝的條件要求較高，存在反應(yīng)中能耗過(guò)大，糖轉(zhuǎn)化率較低(約為25%)，反應(yīng)過(guò)程中易產(chǎn)生大量抑制微生物生長(zhǎng)的有害中間產(chǎn)物(如糠醛、有機(jī)酸)等缺點(diǎn)；而濃酸水解雖然糖的轉(zhuǎn)化率較高(90%以上)，但催化劑濃酸流失過(guò)于嚴(yán)重，耗酸量較大，對(duì)設(shè)備的耐腐蝕性要求較高，生產(chǎn)成本較高；纖維素酶對(duì)纖維素的水解工藝雖然轉(zhuǎn)化率較高，但酶制劑成本較高，預(yù)處理設(shè)備較大，操作成本較高，反應(yīng)周期較長(zhǎng)；超低酸水解與超臨界水水解需要在高溫、高壓苛刻的條件下反應(yīng)，操作與過(guò)程較難控制，易產(chǎn)生降解物，影響后續(xù)發(fā)酵。因此，發(fā)明一種在溫和的條件下可以實(shí)現(xiàn)纖維素高效水解糖化同時(shí)催化劑能夠循環(huán)利用很有必要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種固體酸水解植物纖維的方法，本發(fā)明反應(yīng)條件溫和，糖轉(zhuǎn)化率高，酸催化劑能夠循環(huán)利用，水解反應(yīng)過(guò)程中有害物質(zhì)產(chǎn)生少，具有環(huán)境友好型以及較大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種固體酸水解植物纖維的方法，把植物纖維在固體酸催化劑的作用下水解，糖化，具體包括如下步驟(1)將粉碎處理后的植物纖維與固體酸催化劑加入到水中進(jìn)行混溶；(2)混溶均勻后在14018(TC進(jìn)行610h水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束制得水解液；(3)將水解液過(guò)濾使目標(biāo)產(chǎn)物與固體酸催化劑分離，濾渣烘干后直接回用，濾液調(diào)整ra值至68。上述的固體酸水解植物纖維的方法，步驟(1)所述植物纖維占水的質(zhì)量百分比為0.22%;所述固體酸催化劑占水的質(zhì)量百分比為0.22%。上述的固體酸水解植物纖維的方法，步驟(1)所述植物纖維包括原生植物纖維、再生植物纖維中的一種或兩種。上述的固體酸水解植物纖維的方法，步驟(1)所述固體酸催化劑包括碳基固體磺酸、S0/7Zr(^中的一種或兩種。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了碳基固體酸代替液體酸催化劑對(duì)植物纖維進(jìn)行的水解，該發(fā)明反應(yīng)條件溫和，降低了能源消耗；同時(shí)避免了生成的糖進(jìn)一步降解成副產(chǎn)物，抑制后續(xù)發(fā)酵的進(jìn)行。(2)碳基固體磺酸水解植物纖維溫度、壓強(qiáng)較低，同時(shí)在水中熱穩(wěn)定較好，水解液的ra值為34，因此對(duì)設(shè)備的腐蝕性要求不高，易于實(shí)現(xiàn)，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效.、(3)本發(fā)明所采用碳基固體磺酸可以實(shí)現(xiàn)催化劑與產(chǎn)品的分離，催化劑可以循環(huán)利用以及再生，對(duì)糖的產(chǎn)量幾乎沒(méi)有影響，符合了清潔生產(chǎn)的要求。(4)本發(fā)明能以來(lái)源廣泛的富含纖維素的植物原生質(zhì)為原料，可供發(fā)酵產(chǎn)生乙醇的底物，克服傳統(tǒng)液體酸催化劑水解經(jīng)濟(jì)效益低下的不足。具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明的具體是作進(jìn)一步說(shuō)明。以下公開(kāi)的僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施案例，本發(fā)明的具體實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。以舊瓦楞箱紙板(0CC)做為碳基固體磺酸催化劑的水解原料，將0CC利用植物粉碎機(jī)抄成碎片，放于105°C的烘箱中烘干12h存于密封袋中，以備后用。實(shí)施例1將0CC碎片、碳基磺酸催化劑按照占水的質(zhì)量百分比(如表1)加入到水中混溶，于不同的溫度下反應(yīng)12h。過(guò)濾水解液，所得濾液一部分用于產(chǎn)糖分析，一部分作為發(fā)酵底物，濾渣用于循環(huán)回用。表1不同溫度下碳基固體磺酸對(duì)0CC的水解效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>從表1可以看出，隨著溫度的變化，糖的率先增大后減少，于溫度15(TC時(shí)，糖得率達(dá)到最大值22.16%，與傳統(tǒng)稀硫酸水解(糖得率最大25%)相比較很接近；于溫度180°C時(shí)，糖得率11.50%，說(shuō)明在水熱環(huán)境下，部分糖類開(kāi)始轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物，水解過(guò)濾殘?jiān)糜谙乱慌嗡?。從?可以看出隨著回用次數(shù)的增加，糖減少率分別為14.13%、8.62%、7.08%，說(shuō)明碳基固體磺酸有小部分的流失，在高溫水熱環(huán)境下具有很好的穩(wěn)定性，完全可以滿足回用的要求。實(shí)施例2將0CC碎片、碳基磺酸催化劑按照占水的質(zhì)量百分比(如表3)加入到水中混溶，于15(TC下反應(yīng)不同的時(shí)間。過(guò)濾水解液，所得濾液一部分用于產(chǎn)糖分析，一部分用于水解液發(fā)酵，濾渣用于循環(huán)回用。表3不同時(shí)間下碳基固體磺酸對(duì)0CC的水解效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表4回用次數(shù)對(duì)水解效果的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表3可以看出，隨著時(shí)間的變化，糖得率先增大后減少，于8h時(shí)，糖得率達(dá)到最大值24.07%，隨后隨著時(shí)間從812h，糖得率降低了7.61%，說(shuō)明在溫和的水熱環(huán)境下，該催化劑對(duì)糖有很高的選擇性，糖進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物很少，有利于后續(xù)發(fā)酵的進(jìn)行，殘?jiān)^(guò)濾用于下一批次。從表4可以看出隨著回用次數(shù)的增加，糖減少率分別為13.30%、9.83%、7.71%，說(shuō)明碳基固體磺酸有小部分的流失，在高溫水熱環(huán)境下具有很好的穩(wěn)定性，完全可以滿足回用的要求。實(shí)施例3將OCC碎片按照占水的質(zhì)量百分比(如表5)加入到水中混溶，碳基固體磺酸催化劑按照不同的濃度加入到水中混溶，于15(TC下反應(yīng)8h。過(guò)濾水解液，所得濾液一部分用于產(chǎn)糖分析，一部分用于水解液發(fā)酵，濾渣用于循環(huán)回用。表5不同濃度碳基固體磺酸對(duì)OCC的水解效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表6不同碳基固體磺酸回用次數(shù)對(duì)水解效果的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表5可以看出，隨著催化劑加入量的變化，糖得率先增大后減少，于1.2%加入量時(shí)，糖得率達(dá)到最大值26.44%，隨后隨著催化劑加入量的增加，糖得率出現(xiàn)了降低，主要是由于糖進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為了糠醛、乙酸等，從整個(gè)糖得率來(lái)看，催化劑對(duì)植物纖維的水解較為緩和，說(shuō)明在溫和的水熱環(huán)境下，該催化劑對(duì)糖有很高的選擇性，殘?jiān)^(guò)濾用于下一批次。從表6可以看出隨著回用次數(shù)的增加，糖減少率分別為12.14%、8.23%、7.09%，說(shuō)明碳基固體磺酸有小部分的流失，在高溫水熱環(huán)境下具有很好的穩(wěn)定性，完全可以滿足回用的要求。權(quán)利要求一種固體酸水解植物纖維的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將粉碎處理后的植物纖維與固體酸催化劑加入到水中進(jìn)行混溶；(2)混溶均勻后在140～180℃進(jìn)行6～10h水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束制得水解液；(3)將水解液過(guò)濾使目標(biāo)產(chǎn)物與固體酸催化劑分離，濾渣烘干后直接回用，濾液調(diào)整PH值至6～8。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體酸水解植物纖維的方法，其特征在于步驟(1)所述植物纖維占水的質(zhì)量百分比為0.22%;所述固體酸催化劑占水的質(zhì)量百分比為0.22%。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的固體酸水解植物纖維的方法，其特征在于步驟(1)所述植物纖維包括原生植物纖維、再生植物纖維中的一種或兩種。4.根據(jù)權(quán)利要求13任一項(xiàng)所述的固體酸水解植物纖維的方法，其特征在于步驟(1)所述固體酸催化劑包括碳基固體磺酸、S0/7Zr02中的一種或兩種。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體酸水解植物纖維的方法，其特征在于步驟(3)所述回用是將反應(yīng)殘?jiān)苯佑糜谙乱淮蔚乃鏊疅岱磻?yīng)。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種固體酸水解植物纖維的方法，包括(1)將粉碎處理后的植物纖維與固體酸催化劑加入到水中進(jìn)行混溶；(2)混溶均勻后在140～180℃進(jìn)行6～10h水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束制得水解液；(3)將水解液過(guò)濾使目標(biāo)產(chǎn)物與固體酸催化劑分離，濾渣烘干后直接回用，濾液調(diào)整pH值至6～8。本發(fā)明采用水熱穩(wěn)定性較好、酸值較大的固體磺酸代替液體酸，實(shí)現(xiàn)了溫和條件下的纖維素水解，解決了傳統(tǒng)催化劑與產(chǎn)品分離困難的問(wèn)題，催化劑分離后可以循環(huán)利用，避免了液體酸催化劑流失造成的經(jīng)濟(jì)效益低下以及酸污染。文檔編號(hào)C13K13/00GK101787400SQ20101013911公開(kāi)日2010年7月28日申請(qǐng)日期2010年3月31日優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日發(fā)明者萬(wàn)金泉,王艷,趙銀中,馬邕文申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)