多级孔结构对酸性分子筛催化纤维素水解至葡萄糖的促进作用

纤维素水解生成葡萄糖是由纤维素制备生物燃料和化学品的一个关键步骤。开发温和条件下，高效、绿色的纤维素水解新方法一直是研究者追求的目标。固体催化剂易于分离回收和循环使用，被认为是最具有应用前景的纤维素水解催化剂，但由于纤维素的分子体积较大且不溶于水和常规有机溶剂，致使固体催化剂的活性位利用率低，催化效率低。本项目根据纤维素分子的特点及酸催化水解的本质，利用具有多级孔结构的酸性分子筛催化纤维素水解，使纤维素及水解中间产物低聚糖按分子体积大小分别利用分子筛外表面、大孔、介孔和微孔的酸性位发生糖苷键断裂反应，从而实现纤维素的高效水解。本项目将系统开展多级孔结构分子筛的制备及孔结构和酸性的调控，建立酸性多级孔结构分子筛与纤维素水解反应之间的构效关系，开发出高效的纤维素水解反应体系。可以预料，本项目的研究对于促进生物质资源利用技术的发展具有重要的意义。

纤维素水解生成葡萄糖是由纤维素制备生物燃料和化学品的一个关键步骤。本项目根据纤维素分子的特点及酸催化水解的本质，研究了具有多级孔结构的酸性分子筛催化纤维素水解反应。用不同的方法制备了多级孔结构分子筛并对其酸性进行了调控，考察了其在纤维素水解反应中的催化性能，初步建立了多级孔分子筛的孔结构和酸性与其催化纤维素水解反应性能之间的关系。此外，本项目还研究了多级孔分子筛在半纤维水解反应中的催化性能。初步的研究结果表明，孔结构与酸性共同决定了分子筛的催化性能。纤维素/半纤维素首先在多级孔分子筛外表面上、大孔及介孔内的酸中心上水解断裂成短链片断，然后中间产物可溶性低聚糖在分子筛微孔内的酸性位上进一步水解至单糖。介孔/大孔内的酸性位对于纤维素/半纤维素水解生成低聚糖是非常重要的，而微孔内的酸性位主要促进低聚糖进一步水解为单糖。强酸性、高酸量有利于水解反应的进行，但酸量过大、酸性过强容易造成水解得到的单糖进一步降解为其它副产物。