《纖維素三相水解機理的研究》是依託廈門大學，由劉健擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：纖維素三相水解機理的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉健
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
纖維素是世界上最豐富的生物質資源，纖維素水解技術對於解決能源問題、開發可再生資源具有重要的現實意義，但傳統技術存在著產物抑制和過度反應的問題。纖維素三相水解技術將水解反應和產物分離耦合起來，利用萃取原理和熱力學平衡原理建立包含非極性相、極性相和固相的三相體系克服了上述問題，但相關機理有待研究。本研究將考察三相水解過程中固體反應物的晶型、化學成分、結晶度、微觀結構特徵變化，總結天然纖維素向無定形態轉化的規律，通過測定纖維寡糖分子量分布和聚合度來探討水解機理，衡量該催化體系降低水解反應活化能的能力，針對內切和外切糖苷鍵機理建模分析，基於反應動力學原理總結纖維素逐級水解為纖維寡糖、葡萄糖和5-HMF過程中反應活化能的變化規律，剖析纖維素在三相體系中實現可控水解的原因，從而科學地認識該過程，為構建高產葡萄糖的新型纖維素三相水解體系提供理論依據。
結題摘要
纖維素是世界上最豐富的生物質資源，纖維素水解技術對於解決能源問題、開發可再生資源具有重要的現實意義，但傳統技術存在著產物抑制和過度反應的問題。本研究組開發了相界面反應體系，一方面發揮酸催化低成本、高效率優勢，一方面克服現有技術的缺陷，避免葡萄糖作為中間產物的積累，以防止副反應發生。本研究組利用弱極性酸催化劑不溶於水和糖易溶於水的性質，將反應和糖分離過程耦合起來，弱極性酸催化劑主要富集在非極性相（液體石蠟，或脂肪酸甘油酯）中，產物（葡萄糖）溶解在水中，線上分離水相中產物。該工藝可以改善反應熱力學條件，提高纖維素水解速度，採用萃取的形式避免了糖酸分離成本，通過不斷分離葡萄糖來避免其積累引起的過度反應和反饋抑制，並探討了纖維素三相水解的機理，研究了水解過程中的纖維素結構特徵變化和糖苷鍵斷裂規律，剖析了纖維素在三相體系中實現可控水解的原因，從而科學地認識該過程，解決傳統技術存在的反饋抑制和過度反應生成副產物5-HMF的問題。研究從反應動力學角度評價了由高效催化劑和溶劑組合的三相催化反應體系，探討了該體系降低水解反應活化能的能力，為構建高效產葡萄糖的新型纖維素三相水解體系提供理論依據。研究篩選了溶劑和催化劑，獲得了良好的轉化率，且開發了相關檢測方法，申請了6項專利並已獲得2項授權，發表了12篇論文，其中7篇被SCI收錄。本研究考察了三相水解過程中固體反應物的晶型、化學成分、結晶度、微觀結構特徵變化，總結天然纖維素向無定形態轉化的規律，通過測定纖維寡糖分子量分布和聚合度來探討水解機理，衡量該催化體系降低水解反應活化能的能力，針對內切和外切糖苷鍵機理建模分析，基於反應動力學原理總結纖維素逐級水解為纖維寡糖、葡萄糖和5-HMF過程中反應活化能的變化規律，剖析纖維素在三相體系中實現可控水解的原因，從而科學地認識該過程，為構建高產葡萄糖的新型纖維素三相水解體系提供理論依據。
