阅读说明：本技术 一种金属有机框架化合物纯化植物纤维预水解液中降解糖的方法 (Method for purifying degraded sugar in plant fiber prehydrolysis liquid by using metal organic framework compound ) 是由 王冠华 司传领 马国治 贾思雨 庞泰然 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于生物质精炼技术领域,主要涉及一种金属有机框架化合物纯化植物纤维预水解液中降解糖的方法。在磁性搅拌下,运用溶剂法将Zn(NO<Sub>3</Sub>)<Sub>2</Sub>·6H<Sub>2</Sub>O溶液快速倒入2-甲基咪唑溶液中,室温下搅拌1-2h,离心将固体产物从乳状胶体分散体中分离出来,用无水乙醇洗涤后干燥研磨后得到ZIF-8纳米颗粒。将ZIF-8纳米颗粒按照一定固液比加入预水解液中进行吸附,吸附温度为20-40℃,pH值为4-7,时间为90-120min,之后离心分离,去除预水解液中的溶解木素、有机酸和糠醛。本发明利用金属有机框架化合物ZIF-8为吸附剂,所采用的方法操作简单,吸附效率高,选择性好。能够有效地去除预水解液中的溶解木素、有机酸和糠醛,同时保留高利用价值的糖类,对实现预水解液高值利用具有重要意义。(The invention belongs to the technical field of biomass refining, and mainly relates to a method for purifying degraded sugar in plant fiber prehydrolysis liquid by using a metal organic framework compound. Zn (NO) is added by a solvent method under magnetic stirring 3 ) 2 ·6H 2 And quickly pouring the O solution into the 2-methylimidazole solution, stirring for 1-2h at room temperature, centrifuging to separate a solid product from the milky colloidal dispersion, washing with absolute ethyl alcohol, drying and grinding to obtain the ZIF-8 nano particles. Adding ZIF-8 nanoparticles into the prehydrolysis liquid according to a certain solid-to-liquid ratio for adsorption, wherein the adsorption temperature is 20-40 ℃, the pH value is 4-7, and the time is 90-120min, and then carrying out centrifugal separation to remove dissolved lignin, organic acid and furfural in the prehydrolysis liquid. The invention uses the metal organic framework compound ZIF-8 as an adsorbent, and the adopted method has the advantages of simple operation, high adsorption efficiency and good selectivity. Can effectively remove dissolved lignin, organic acid and furfural in the prehydrolysis liquid, simultaneously reserve high-value saccharides, and realize high-value benefit of the prehydrolysis liquidThe use is of great significance.)

一种金属有机框架化合物纯化植物纤维预水解液中降解糖的 方法

【技术领域】

本发明属于生物质精炼技术领域，主要涉及一种金属有机框架化合物纯化植物纤维预水解液中降解糖的方法。

【背景技术】

预水解是生产高质量溶解浆的重要一步，在预水解的过程中可以溶解大部分的半纤维素和少量木素。目前预水解液主要是和黑液混合后一起浓缩燃烧，然而预水解液中固形物含量低，显著降低黑液燃烧热值。将半纤维素及其降解产物分离出来，可以转化加工木糖醇、燃料乙醇和生物柴油等高附加值的化学品，是预水解液高值化利用的重要途径。然而预水解液中存在的木素，有机酸及糠醛等，会抑制半纤维素发酵生产木糖醇与乙醇，因此高效去除木素，对分离纯化糖类，实现预水解液高值利用具有重要意义。

目前除去预水解液中木素的方法主要包括以下几种：一是物理方法，如用白泥、改性β-环糊精、活性炭等的吸附作用来去除预水解液里的木素。二是化学方法，如用高分子物质和木素发生絮凝反应，从而使木素聚集成为大颗粒而被去除。三是生物方法，如采用漆酶催化木质素缩合形成大分子沉淀后脱除。而目前的研究表明，多种方法相结合，往往可以较好的除去预水解液中的木素。物理法和化学法在去除木素的同时也会去除半纤维及其降解产物，经过物理法和化学法去除后，预水解液中仍存在大量的木素。生物法对木素的选择性比较高，几乎不影响预水解液中其他物质的含量，但是该工艺成本较高且耗时较长。有必要探究一种高效及高选择性去除预水解液中木素的方法，进而纯化植物纤维预水解液中降解糖。

金属有机骨架材料(Metal organic frameworks，MOFs)是由金属离子与芳香多酸等有机配体通过配位作用自组装形成的类沸石结构化合物。作为MOFs材料的子系列，沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)不但具有MOFs材料的结构优点，还在一定程度上克服了MOFs材料热稳定性和化学稳定性差的缺点。ZIF-8作为金属有机骨架材料ZIFs系列中的典型代表，是由金属离子Zn²⁺和咪唑基配体构成的一种具有拓扑结构的多孔材料。相对于传统的无机材料而言，ZIF-8具有独特的性质，超高的比表面积，稳定的水热性，可调控的孔径结构。ZIF-8复合材料由于其独特的性质，使其可以应用于催化、吸附、气体储存与分离、药物缓释、分离富集、传感、荧光等其他很多领域。

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发明内容

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本发明采用金属有机框架化合物ZIF-8作为吸附剂，选择性高效脱除预水解液中水溶性小分子木素，达到预水解液中半纤维素和木素的高效分离，实现预水解液的高值利用。

本发明的主要步骤如下：

在磁性搅拌下，运用溶剂法将Zn(NO₃)₂·6H₂O溶液快速倒入2-甲基咪唑溶液中。室温下搅拌1-2h，离心将固体产物从乳状胶体分散体中分离出来。用无水乙醇洗涤后干燥研磨后得到ZIF-8纳米颗粒。预水解液离心处理后，将ZIF-8纳米颗粒按照一定固液比加入预水解液中进行吸附，吸附温度为20-40℃，pH值为4-7，时间为90-120min，之后离心分离，去除预水解液中的溶解木素、有机酸和糠醛，纯化预水解液中降解糖。

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具体实施方式

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实施例1

在磁性搅拌下，将160毫升Zn(NO₃)₂·6H₂O(2.3g)的甲醇溶液快速倒入160mL 2-甲基咪唑(5.1g)的甲醇溶液中。室温下搅拌2h，离心将固体产物从乳状胶体分散体中分离出来。用无水乙醇洗涤后离心分离，洗涤三次，在60℃干燥。在玛瑙研钵中研磨得到ZIF-8纳米颗粒。将ZIF-8纳米颗粒按照固液比1∶10(m/v)的比加入预水解液中，置于摇床进行吸附，吸附温度为25℃，pH值为4，摇床转速为150prm/min，时间为120min，之后离心分离，去除预水解液中的溶解木素，纯化植物纤维预水解液中降解糖。

实施例2

在磁性搅拌下，将16毫升Zn(NO₃)₂·6H₂O(2.5g)的蒸馏水溶液快速倒入80毫升2-甲基咪唑(44.7g)的蒸馏水溶液中。室温下搅拌1h，离心将固体产物从乳状胶体分散体中分离出来。用蒸馏水洗涤后离心分离，洗涤三次，在100℃干燥。在玛瑙研钵中研磨得到ZIF-8纳米颗粒。将ZIF-8纳米颗粒按照固液比1∶10(m/v)的比加入预水解液中，置于摇床进行吸附，吸附温度为25℃，pH值为4，摇床转速为150prm/min，时间为120min，之后离心分离，去除预水解液中的溶解木素，纯化植物纤维预水解液中降解糖。

实施例3

在磁性搅拌下，将160毫升Zn(NO₃)₂·6H₂O(5.0g)的甲醇溶液快速倒入160毫升2-甲基咪唑(15.1g)的甲醇溶液中。室温下搅拌2h，离心将固体产物从乳状胶体分散体中分离出来。用无水乙醇洗涤后离心分离，洗涤三次，在80℃干燥。在玛瑙研钵中研磨得到ZIF-8纳米颗粒。将ZIF-8纳米颗粒按照固液比1∶10(m/v)的比加入预水解液中，置于摇床进行吸附，吸附温度为40℃，pH值为5，摇床转速为160prm/min，时间为120min，之后离心分离，去除预水解液中的溶解木素，纯化植物纤维预水解液中降解糖。

实施例4

在磁性搅拌下，将20毫升Zn(NO₃)₂·6H₂O(3.2g)的蒸馏水溶液快速倒入100毫升2-甲基咪唑(56.3g)的蒸馏水溶液中。室温下搅拌1h，离心将固体产物从乳状胶体分散体中分离出来。用蒸馏水洗涤后离心分离，洗涤三次，在80℃干燥。在玛瑙研钵中研磨得到ZIF-8纳米颗粒。将ZIF-8纳米颗粒按照固液比1∶50(m/v)的比加入预水解液中，置于摇床进行吸附，吸附温度为25℃，pH值为6，摇床转速为150prm/min，时间为120min，之后离心分离，去除预水解液中的溶解木素，纯化植物纤维预水解液中降解糖。

实施例5

在磁性搅拌下，将160毫升Zn(NO₃)₂·6H₂O(2.3g)的甲醇溶液快速倒入160毫升2-甲基咪唑(5.1g)的甲醇溶液中。室温下搅拌2h，离心将固体产物从乳状胶体分散体中分离出来。用无水乙醇洗涤后离心分离，洗涤三次，在80℃干燥。在玛瑙研钵中研磨得到ZIF-8纳米颗粒。将ZIF-8纳米颗粒按照固液比1∶20(m/v)的比加入预水解液中，置于摇床进行吸附，吸附温度为25℃，pH值为7，摇床转速为160prm/min，时间为90min，之后离心分离，去除预水解液中的溶解木素，纯化植物纤维预水解液中降解糖。