醣類的制備方法
【專利摘要】本公開提供一種醣類的制備方法，包括：混合有機酸與一固態(tài)酸催化劑，以形成一混合液；加入一纖維質(zhì)生質(zhì)物至該混合液中，以進行一溶解反應(yīng)；以及加入水至該混合液中，以進行一水解反應(yīng)，獲得一醣類。該方法制程簡單、成本低廉且節(jié)約能耗。
【專利說明】醣類的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開是有關(guān)于一種醣類的制備方法，特別是有關(guān)于一種使用固態(tài)酸催化劑的醣類的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全世界正面臨石油蘊藏量漸被開采枯竭，與地球大氣溫室效應(yīng)持續(xù)擴大的問題，為確保人類永續(xù)生存，逐漸減少使用化石能源與石油原料，開發(fā)新的可再生形式能源與原材料是世界潮流。
[0003]木質(zhì)纖維素是生質(zhì)物最主要成分，為地球上最豐富的有機物質(zhì)。木質(zhì)纖維素組成以纖維素、半纖維素及木質(zhì)素為主，其比例依序約為:38~50%、23~32%及15~25%。纖維素水解后可生成葡萄糖，但由于纖維素分子間及分子內(nèi)存在強烈氫鍵作用及凡德瓦爾力，以及纖維素聚集態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有高結(jié)晶度，致化學(xué)藥劑難以進入纖維素分子內(nèi)部發(fā)生解聚作用。水解纖維素的最主要方法為酶水解與傳統(tǒng)酸水解兩種，然，兩種技術(shù)均存在諸多不完善之處，難以大規(guī)模應(yīng)用。
[0004]一般而言，酶水解可于常溫下反應(yīng)，水解副產(chǎn)物少，不會產(chǎn)生抑制醣發(fā)酵物質(zhì)，可與發(fā)酵制程搭配整合，屬于環(huán)境友好方法。但，此種方法需復(fù)雜預(yù)處理制程、水解活性低、速度慢，且纖維素水解酶價格昂貴。
[0005]稀酸水解通常以相對便宜的硫酸為催化劑，但需在耐腐蝕的壓力容器中以高溫(大于200°C )進行操作，設(shè)備等級要求高；同時，稀酸水解溫度高，副產(chǎn)物多，醣產(chǎn)率低。濃酸水解可在較低溫度與常壓下進行，但，存在濃酸強烈腐蝕性、水解液后處理制程復(fù)雜、酸耗大、回收困難等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種利用固態(tài)酸催化劑、且制程簡單的新的醣類的制備方法，該方法基本上克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的種種缺陷。
[0007]本公開的一實施方式，提供一種醣類的制備方法，包括:混合有機酸與一固態(tài)酸催化劑，以形成一混合液；加入一纖維質(zhì)生質(zhì)物至該混合液中，以進行一溶解反應(yīng)；以及加入水至該混合液中，以進行一水解反應(yīng)，獲得一醣類。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明以固態(tài)酸催化劑取代液態(tài)均相催化劑，在甲酸溶液中酯化與溶解纖維質(zhì)生質(zhì)物后，再加水以適合溫度將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成醣類產(chǎn)物。本發(fā)明使用固態(tài)酸催化劑，避免了傳統(tǒng)液態(tài)催化劑的回收方法較復(fù)雜且能耗高的問題，本發(fā)明無需使用抗腐蝕特殊材質(zhì)的反應(yīng)器，制程簡單、成本低廉且節(jié)約能耗。此外，本發(fā)明水解反應(yīng)時間快，僅為傳統(tǒng)酶水解法的五分之一。
[0009]為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，作詳細說明如下?！揪唧w實施方式】
[0010]本公開的一實施方式，提供一種醣類的制備方法，包括:混合有機酸與一固態(tài)酸催化劑，以形成一混合液；加入一纖維質(zhì)生質(zhì)物至混合液中，以進行一溶解反應(yīng)；以及加入水至混合液中，以進行一水解反應(yīng)，獲得一醣類。
[0011]在一實施方式中，上述有機酸于混合液中的重量百分比大體介于50~99wt%。
[0012]在一實施方式中，上述有機酸可為甲酸、乙酸或其混合。
[0013]在一實施方式中，上述固態(tài)酸催化劑可為陽離子交換樹脂、酸性沸石、雜多酸或以硅、硅鋁、鈦或活性碳為載體的含酸性官能基者。
[0014]在一實施方式中，上述陽離子交換樹脂可為Nafion或Amberlyst-35。
[0015]在一實施方式中，上述酸性沸石可為ZSM5、HY-Zeolite、MCM_41或絲光型沸石。
[0016]在一實施方式中，上述雜多酸可為H3PW1204q、H4Siff12O40, H3PMo12O40 或 H4SiMo12O400
[0017]在一實施方式中，上述固態(tài)酸催化劑可為鋁粉、氧化鐵、二氧化硅、二氧化鈦或二氧化錫。
[0018]在一實施方 式中，上述固態(tài)酸催化劑于混合液中的重量百分比大體介于I~50wt%,例如 10 ~35wt%0
[0019]在一實施方式中，上述纖維質(zhì)生質(zhì)物可為全纖維素、半纖維素或木質(zhì)素。
[0020]在一實施方式中，上述纖維質(zhì)生質(zhì)物于混合液中的重量百分比大體介于I~30wt%,例如 5 ~20wt%o
[0021]在一實施方式中，上述纖維質(zhì)生質(zhì)物可源自木、草、葉、水藻、廢紙、玉米桿、玉米芯、稻桿、稻殼、麥桿、蔗渣、竹或農(nóng)作物秸梗。
[0022]在一實施方式中，上述溶解反應(yīng)的溫度大體介于40~130°C，例如50~110°C。
[0023]在一實施方式中，上述溶解反應(yīng)的時間大體介于20~360分鐘,例如30~180分鐘。
[0024]在一實施方式中，上述水的添加量大體大于纖維質(zhì)生質(zhì)物水解為單醣的總摩爾當量。
[0025]在一實施方式中，上述水解反應(yīng)的溫度大體介于40~130°C，例如50~110°C。
[0026]在一實施方式中，上述水解反應(yīng)的時間大體介于30~360分鐘,例如60~180分鐘。
[0027]在一實施方式中，本公開醣類的制備方法更包括以沉降、過濾或離心法自混合液中分離固態(tài)酸催化劑。
[0028]實施例
[0029]纖維素溶解測試
[0030]實施例1-1
[0031]首先，混合甲酸(formic acid)與二氧化鈦固態(tài)催化劑，以形成一混合液(甲酸89.7wt%, 二氧化鈦10.3wt%)。接著，加入Avicel#纖維素(Sigma公司，Avicel-pH-105-27NI)至混合液(Avicel?纖維素5wt%)，以進行一溶解反應(yīng)(溫度80~850C，時間240分鐘)，結(jié)果如表1所載。
[0032]實施例1-2
[0033]首先，混合甲酸(formic acid)與Nafion固態(tài)催化劑
【權(quán)利要求】
1.一種醣類的制備方法，包括: 混合有機酸與一固態(tài)酸催化劑，以形成一混合液； 加入一纖維質(zhì)生質(zhì)物至所述混合液中，以進行一溶解反應(yīng)；以及 加入水至所述混合液中，以進行一水解反應(yīng)，獲得一醣類。
2.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述有機酸于所述混合液中的重量百分比介于50~99wt%。
3.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述有機酸為甲酸、乙酸或其混合。
4.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述固態(tài)酸催化劑為陽離子交換樹脂、酸性沸石、雜多酸或以硅、硅鋁、鈦或活性碳為載體的含酸性官能基者。
5.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述固態(tài)酸催化劑為鋁粉、氧化鐵、二氧化硅、二氧化鈦或二氧化錫。
6.如權(quán)利要求4所述的醣類的制備方法，其中所述陽離子交換樹脂為Nafion或Amberlyst-35。
7.如權(quán)利要求4所述 的醣類的制備方法，其中所述酸性沸石為ZSM5、HY-Zeolite,MCM-41或絲光型沸石。
8.如權(quán)利要求4所述的醣類的制備方法，其中所述雜多酸為H3PW1204(1、H4Siff12O40,H3PMo12O40 或 H4SiMo12O4015
9.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述固態(tài)酸催化劑于所述混合液中的重量百分比介于I~50wt%。
10.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述纖維質(zhì)生質(zhì)物為全纖維素、半纖維素或木質(zhì)素。
11.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述纖維質(zhì)生質(zhì)物于所述混合液中的重量百分比介于I~30wt%。
12.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述纖維質(zhì)生質(zhì)物源自木、草、葉、水藻、廢紙、玉米桿、玉米芯、稻桿、稻殼、麥桿、蔗渣、竹或農(nóng)作物秸梗。
13.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述溶解反應(yīng)的溫度介于40~130°C。
14.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述溶解反應(yīng)的時間介于20~360分鐘。
15.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述水的添加量大于所述纖維質(zhì)生質(zhì)物水解為單醣的總摩爾當量。
16.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述水解反應(yīng)的溫度介于40~130°C。
17.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，其中所述水解反應(yīng)的時間介于30~360分鐘。
18.如權(quán)利要求1所述的醣類的制備方法，更包括以沉降、過濾或離心法自所述混合液中分離所述固態(tài)酸催化劑。
【文檔編號】C13K1/02GK103966367SQ201410005200
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月1日
【發(fā)明者】洪偉鈞, 施瑞虎, 陳嘉元, 林惠聰, 李宏臺, 萬皓鵬 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院