CN101787400A

CN101787400A - 一种固体酸水解植物纤维的方法

Info

Publication number: CN101787400A
Application number: CN 201010139111
Authority: CN
Inventors: 万金泉; 王艳; 赵银中; 马邕文
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2010-07-28

Abstract

本发明公开了一种固体酸水解植物纤维的方法，包括：(1)将粉碎处理后的植物纤维与固体酸催化剂加入到水中进行混溶；(2)混溶均匀后在140～180℃进行6～10h水热反应，反应结束制得水解液；(3)将水解液过滤使目标产物与固体酸催化剂分离，滤渣烘干后直接回用，滤液调整pH值至6～8。本发明采用水热稳定性较好、酸值较大的固体磺酸代替液体酸，实现了温和条件下的纤维素水解，解决了传统催化剂与产品分离困难的问题，催化剂分离后可以循环利用，避免了液体酸催化剂流失造成的经济效益低下以及酸污染。

Description

一种固体酸水解植物纤维的方法

技术领域

本发明属于植物纤维酸水解制取糖的方法，具体涉及到固体磺酸用于植物纤维的水解方法。

背景技术

利用生物质资源生产液体燃料以及化工产品，是把纤维素水解成糖类，如寡糖、单糖等，然后利用微生物(假丝酵母、酿酒酵母等)来生产液体燃料和化工产品。纤维素水解糖化方法主要有稀酸法、浓酸法、酶法以及现在研究较为热门的超低酸水解和超临界水水解。

传统的酸水解工艺为浓酸水解和稀酸水解，稀酸水解对工艺的条件要求较高，存在反应中能耗过大，糖转化率较低(约为25％)，反应过程中易产生大量抑制微生物生长的有害中间产物(如糠醛、有机酸)等缺点；而浓酸水解虽然糖的转化率较高(90％以上)，但催化剂浓酸流失过于严重，耗酸量较大，对设备的耐腐蚀性要求较高，生产成本较高；纤维素酶对纤维素的水解工艺虽然转化率较高，但酶制剂成本较高，预处理设备较大，操作成本较高，反应周期较长；超低酸水解与超临界水水解需要在高温、高压苛刻的条件下反应，操作与过程较难控制，易产生降解物，影响后续发酵。因此，发明一种在温和的条件下可以实现纤维素高效水解糖化同时催化剂能够循环利用很有必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种固体酸水解植物纤维的方法，本发明反应条件温和，糖转化率高，酸催化剂能够循环利用，水解反应过程中有害物质产生少，具有环境友好型以及较大经济价值。本发明通过如下技术方案实现：

一种固体酸水解植物纤维的方法，把植物纤维在固体酸催化剂的作用下水解，糖化，具体包括如下步骤：

(1)将粉碎处理后的植物纤维与固体酸催化剂加入到水中进行混溶；

(2)混溶均匀后在140～180℃进行6～10h水热反应，反应结束制得水解液；

(3)将水解液过滤使目标产物与固体酸催化剂分离，滤渣烘干后直接回用，滤液调整PH值至6～8。

上述的固体酸水解植物纤维的方法，步骤(1)所述植物纤维占水的质量百分比为0.2～2％；所述固体酸催化剂占水的质量百分比为0.2～2％。

上述的固体酸水解植物纤维的方法，步骤(1)所述植物纤维包括原生植物纤维、再生植物纤维中的一种或两种。

上述的固体酸水解植物纤维的方法，步骤(1)所述固体酸催化剂包括碳基固体磺酸、SO₄ ^2-/ZrO₂中的一种或两种。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

(1)本发明实现了碳基固体酸代替液体酸催化剂对植物纤维进行的水解，该发明反应条件温和，降低了能源消耗；同时避免了生成的糖进一步降解成副产物，抑制后续发酵的进行。

(2)碳基固体磺酸水解植物纤维温度、压强较低，同时在水中热稳定较好，水解液的PH值为3～4，因此对设备的腐蚀性要求不高，易于实现，降低了生产成本，提高了经济效益。

(3)本发明所采用碳基固体磺酸可以实现催化剂与产品的分离，催化剂可以循环利用以及再生，对糖的产量几乎没有影响，符合了清洁生产的要求。

(4)本发明能以来源广泛的富含纤维素的植物原生质为原料，可供发酵产生乙醇的底物，克服传统液体酸催化剂水解经济效益低下的不足。

具体实施方式

下面将结合实施案例对本发明的具体是作进一步说明。以下公开的仅仅是本发明的较佳实施案例，本发明的具体实施和保护范围不限于此。

以旧瓦楞箱纸板(OCC)做为碳基固体磺酸催化剂的水解原料，将OCC利用植物粉碎机抄成碎片，放于105℃的烘箱中烘干12h存于密封袋中，以备后用。

实施例1

将OCC碎片、碳基磺酸催化剂按照占水的质量百分比(如表1)加入到水中混溶，于不同的温度下反应12h。过滤水解液，所得滤液一部分用于产糖分析，一部分作为发酵底物，滤渣用于循环回用。

表1 不同温度下碳基固体磺酸对OCC的水解效果对比

表2 回用次数对水解效果的影响

从表1可以看出，随着温度的变化，糖的率先增大后减少，于温度150℃时，糖得率达到最大值22.16％，与传统稀硫酸水解(糖得率最大25％)相比较很接近；于温度180℃时，糖得率11.50％，说明在水热环境下，部分糖类开始转化为副产物，水解过滤残渣用于下一批次水解。从表2可以看出随着回用次数的增加，糖减少率分别为14.13％、8.62％、7.08％，说明碳基固体磺酸有小部分的流失，在高温水热环境下具有很好的稳定性，完全可以满足回用的要求。

实施例2

将OCC碎片、碳基磺酸催化剂按照占水的质量百分比(如表3)加入到水中混溶，于150℃下反应不同的时间。过滤水解液，所得滤液一部分用于产糖分析，一部分用于水解液发酵，滤渣用于循环回用。

表3 不同时间下碳基固体磺酸对OCC的水解效果对比

表4 回用次数对水解效果的影响

从表3可以看出，随着时间的变化，糖得率先增大后减少，于8h时，糖得率达到最大值24.07％，随后随着时间从8～12h，糖得率降低了7.61％，说明在温和的水热环境下，该催化剂对糖有很高的选择性，糖进一步转化为副产物很少，有利于后续发酵的进行，残渣过滤用于下一批次。从表4可以看出随着回用次数的增加，糖减少率分别为13.30％、9.83％、7.71％，说明碳基固体磺酸有小部分的流失，在高温水热环境下具有很好的稳定性，完全可以满足回用的要求。

实施例3

将OCC碎片按照占水的质量百分比(如表5)加入到水中混溶，碳基固体磺酸催化剂按照不同的浓度加入到水中混溶，于150℃下反应8h。过滤水解液，所得滤液一部分用于产糖分析，一部分用于水解液发酵，滤渣用于循环回用。

表5 不同浓度碳基固体磺酸对OCC的水解效果对比

表6 不同碳基固体磺酸回用次数对水解效果的影响

从表5可以看出，随着催化剂加入量的变化，糖得率先增大后减少，于1.2％加入量时，糖得率达到最大值26.44％，随后随着催化剂加入量的增加，糖得率出现了降低，主要是由于糖进一步转化为了糠醛、乙酸等，从整个糖得率来看，催化剂对植物纤维的水解较为缓和，说明在温和的水热环境下，该催化剂对糖有很高的选择性，残渣过滤用于下一批次。从表6可以看出随着回用次数的增加，糖减少率分别为12.14％、8.23％、7.09％，说明碳基固体磺酸有小部分的流失，在高温水热环境下具有很好的稳定性，完全可以满足回用的要求。

Claims

1.一种固体酸水解植物纤维的方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的固体酸水解植物纤维的方法，其特征在于：步骤(1)所述植物纤维占水的质量百分比为0.2～2％；所述固体酸催化剂占水的质量百分比为0.2～2％。

3.根据权利要求1所述的固体酸水解植物纤维的方法，其特征在于步骤(1)所述植物纤维包括原生植物纤维、再生植物纤维中的一种或两种。

4.根据权利要求1～3任一项所述的固体酸水解植物纤维的方法，其特征在于步骤(1)所述固体酸催化剂包括碳基固体磺酸、SO₄ ^2-/ZrO₂中的一种或两种。

5.根据权利要求4所述的固体酸水解植物纤维的方法，其特征在于步骤(3)所述回用是将反应残渣直接用于下一次的所述水热反应。