[发明专利]一种磁性固体催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明属于固体催化剂制备技术领域，具体涉及一种新型磁性固体催化剂。同时，本发明还涉及该磁性固体催化剂的应用。

背景技术

能源是经济社会快速发展的重要动力。矿物能源的应用推动了社会经济的发展，但其资源却在日益耗尽，同时引起日趋严重的环境问题。为了维持经济的可持续发展，许多国家正积极开发可再生生物能源，2003年6月召开的“国际可再生能源会议”提出了全球应加速实现从矿物能源时代向可再生能源过渡的发展战略。许多国家开始制定或调整能源政策，大力加强生物能源的研究和开发。乙醇作为安全、洁净的燃料及汽油添加剂备受关注，大力发展乙醇与汽油的混合燃料势在必行。

传统的乙醇发酵工业主要以玉米、小麦等粮食淀粉或甘蔗汁为原料，但其原料成本高达总成本的40％。而中国地少人多的国情现状，也决定了基于粮食为原料的乙醇大规模生产必将导致“与人争粮，与粮争地”的不利局面。同时利用玉米、甘蔗等粮食作物生产燃料乙醇也将受到土地资源和原料成本的限制而无法大规模推广。

木质纤维原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。全世界每年通过光合作用产生的木质纤维生物质高达1000亿吨，其中89％目前尚未被人类利用。木质纤维原料中纤维素约占干重的35-50％，半纤维素约占15-30％。木质纤维素结构复杂，半纤维素和木质素通过共价键联结成网络结构，纤维素镶嵌其中。由于木质素和半纤维素对水解的保护作用，以及纤维素本身的结晶结构使得天然木质纤维素直接进行酶水解，其水解糖化率低，且是影响酶糖化过程中的糖化效率、糖化速度和水解糖成分的重要因素，因此，如何提高木质纤维素的水解效率，是目前以木质纤维素原料生产燃料乙醇技术中的关键环节。

目前应用于木质纤维素水解的方法主要有：液体酸水解、生物酶水解和固体酸碱水解法。CN 101434663A公开了一种高得率制浆废液中半纤维素分离方法及其半纤维素的应用，该方法采用浓硫酸水解工艺。浓酸水解反应条件温和、能耗低、速度快、糖化率高，但是浓酸腐蚀性强，回收处理工艺复杂，成本高。CN 1896254A公开了水解并发酵木质纤维素类物质生产酒精的方法，木质纤维素水解包括硫酸浸泡及蒸汽爆破预处理和生物酶水解三步骤，预处理复杂、能耗高，且水解酶价格高，不易回收，耐受性差，水解周期长。CN 101638442A和CN 101638441A公开了固体酸碱水解木质纤维素的方法，超声波或微波协同固体酸碱催化水解木质纤维素，可显著缩短反应时间，降低能耗。而以磁性固体催化剂水解木质纤维素尚未见有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种磁性固体催化剂，应用该磁性固体催化剂可有效提高木质纤维素水解液中葡萄糖的含量。

本发明的目的还在于提供所述的磁性固体催化剂在木质纤维素水解中的具体应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现。

除非另有说明，本发明所采用的百分数均为质量百分数。

一种磁性固体催化剂，由下述方法制备得到：

1、金属阳离子的摩尔比：Zn∶Ca∶Fe＝(0.1～4)∶(0.1～4)∶1；

2、沉淀剂与金属阳离子的摩尔比：沉淀剂∶金属阳离子＝(2～6)∶1；

3、将金属阳离子、沉淀剂与两者质量5倍的去离子水均匀混合后，20～140℃，反应0.5～12h；

4、反应物80～150℃老化0.5～12h；

5、沉淀物离心、洗涤、100～150℃干燥6～24h；

6、沉淀物300～800℃煅烧3～12h，粉碎成0.05～100μm，得磁性固体催化剂；

所述的金属阳离子选自其相应的硝酸盐、硫酸盐、氯化物、有机盐中的一种，或是它们的混合物；

所述的沉淀剂为尿素、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水和有机碱的一种或几种。

所述的磁性固体催化剂在水解木质纤维素中的应用，具体为：

1、将木质纤维素粉末与水按质量比1∶(5～40)混合均匀，制成匀浆液；

2、匀浆液升温至120～180℃，压力0.5～40Mpa，加入占木质纤维素质量0.5～3.0％的分散剂和占木质纤维素质量1.0～4.0％的磁性固体催化剂，搅拌速率50～1000rpm，催化反应0.4～12h进行木质纤维素的水解；

3、反应结束后，以电磁场分离磁性固体催化剂，得到木质纤维素水解液。

所述的分散剂选自脂肪酸类、脂肪族酰胺类或脂类分散剂。

所述的木质纤维素粉末大小优选为0.05～1000μm。