專利名稱：：一種固體酸水解植物纖維的方法
技術領域：
：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：
：利用生物質資源生產液體燃料以及化工產品，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)來生產液體燃料和化工產品。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，稀酸水解對工藝的條件要求較高，存在反應中能耗過大，糖轉化率較低(約為25%)，反應過程中易產生大量抑制微生物生長的有害中間產物(如糠醛、有機酸)等缺點；而濃酸水解雖然糖的轉化率較高(90%以上)，但催化劑濃酸流失過于嚴重，耗酸量較大，對設備的耐腐蝕性要求較高，生產成本較高；纖維素酶對纖維素的水解工藝雖然轉化率較高，但酶制劑成本較高，預處理設備較大，操作成本較高，反應周期較長；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，操作與過程較難控制，易產生降解物，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現(xiàn)纖維素高效水解糖化同時催化劑能夠循環(huán)利用很有必要。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種固體酸水解植物纖維的方法，本發(fā)明反應條件溫和，糖轉化率高，酸催化劑能夠循環(huán)利用，水解反應過程中有害物質產生少，具有環(huán)境友好型以及較大經濟價值。本發(fā)明通過如下技術方案實現(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行混溶；(2)混溶均勻后在14018(TC進行610h水熱反應，反應結束制得水解液；(3)將水解液過濾使目標產物與固體酸催化劑分離，濾渣烘干后直接回用，濾液調整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量百分比為0.22%;所述固體酸催化劑占水的質量百分比為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)有技術相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明實現(xiàn)了碳基固體酸代替液體酸催化劑對植物纖維進行的水解，該發(fā)明反應條件溫和，降低了能源消耗；同時避免了生成的糖進一步降解成副產物，抑制后續(xù)發(fā)酵的進行。(2)碳基固體磺酸水解植物纖維溫度、壓強較低，同時在水中熱穩(wěn)定較好，水解液的ra值為34，因此對設備的腐蝕性要求不高，易于實現(xiàn)，降低了生產成本，提高了經濟效.、(3)本發(fā)明所采用碳基固體磺酸可以實現(xiàn)催化劑與產品的分離，催化劑可以循環(huán)利用以及再生，對糖的產量幾乎沒有影響，符合了清潔生產的要求。(4)本發(fā)明能以來源廣泛的富含纖維素的植物原生質為原料，可供發(fā)酵產生乙醇的底物，克服傳統(tǒng)液體酸催化劑水解經濟效益低下的不足。具體實施例方式下面將結合實施案例對本發(fā)明的具體是作進一步說明。以下公開的僅僅是本發(fā)明的較佳實施案例，本發(fā)明的具體實施和保護范圍不限于此。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。實施例1將0CC碎片、碳基磺酸催化劑按照占水的質量百分比(如表1)加入到水中混溶，于不同的溫度下反應12h。過濾水解液，所得濾液一部分用于產糖分析，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0CC的水解效果對比<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，糖得率達到最大值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，糖得率11.50%，說明在水熱環(huán)境下，部分糖類開始轉化為副產物，水解過濾殘渣用于下一批次水解。從表2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。實施例2將0CC碎片、碳基磺酸催化劑按照占水的質量百分比(如表3)加入到水中混溶，于15(TC下反應不同的時間。過濾水解液，所得濾液一部分用于產糖分析，一部分用于水解液發(fā)酵，濾渣用于循環(huán)回用。表3不同時間下碳基固體磺酸對0CC的水解效果對比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表4回用次數(shù)對水解效果的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表3可以看出，隨著時間的變化，糖得率先增大后減少，于8h時，糖得率達到最大值24.07%，隨后隨著時間從812h，糖得率降低了7.61%，說明在溫和的水熱環(huán)境下，該催化劑對糖有很高的選擇性，糖進一步轉化為副產物很少，有利于后續(xù)發(fā)酵的進行，殘渣過濾用于下一批次。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。實施例3將OCC碎片按照占水的質量百分比(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8h。過濾水解液，所得濾液一部分用于產糖分析，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OCC的水解效果對比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表6不同碳基固體磺酸回用次數(shù)對水解效果的影響<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，糖得率達到最大值26.44%，隨后隨著催化劑加入量的增加，糖得率出現(xiàn)了降低，主要是由于糖進一步轉化為了糠醛、乙酸等，從整個糖得率來看，催化劑對植物纖維的水解較為緩和，說明在溫和的水熱環(huán)境下，該催化劑對糖有很高的選擇性，殘渣過濾用于下一批次。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行混溶；(2)混溶均勻后在140～180℃進行6～10h水熱反應，反應結束制得水解液；(3)將水解液過濾使目標產物與固體酸催化劑分離，濾渣烘干后直接回用，濾液調整PH值至6～8。2.根據(jù)權利要求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量百分比為0.22%;所述固體酸催化劑占水的質量百分比為0.22%。3.根據(jù)權利要求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)權利要求13任一項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)所述回用是將反應殘渣直接用于下一次的所述水熱反應。全文摘要本發(fā)明公開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行混溶；(2)混溶均勻后在140～180℃進行6～10h水熱反應，反應結束制得水解液；(3)將水解液過濾使目標產物與固體酸催化劑分離，濾渣烘干后直接回用，濾液調整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)催化劑與產品分離困難的問題，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濟效益低下以及酸污染。文檔編號C13K13/00GK101787400SQ20101013911公開日2010年7月28日申請日期2010年3月31日優(yōu)先權日2010年3月31日發(fā)明者萬金泉,王艷,趙銀中,馬邕文申請人:華南理工大學