CN112156811B - 一种高分子固体酸催化剂及其定向催化解聚生物质的方法 - Google Patents

一种高分子固体酸催化剂及其定向催化解聚生物质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高分子固体酸催化剂及其定向催化解聚生物质的方法。该高分子固体酸催化剂，由如下步骤制备得到：将预处理后的氯甲基聚苯乙烯树脂粉末与浓硫酸或发烟硫酸加入反应容器中反应，待反应结束后，分离固体粉末和反应液，固体粉末经洗涤和干燥后得到高分子固体酸催化剂。本发明公开了一种树脂氯甲基聚苯乙烯为原料，通过一步快速磺化制备固体酸催化剂的技术方法，在固体酸催化剂预处理木质纤维素类生物质原料并辅以纤维素酶两步分别水解半纤维素和纤维素的基础上，该催化剂还可以经过两步水热反应对其中的半纤维素和纤维素成分定向解聚为相应的产品。

Description

一种高分子固体酸催化剂及其定向催化解聚生物质的方法
技术领域
本发明涉及高分子固体酸催化剂技术领域，具体涉及一种高分子固体酸催化剂及其定向催化解聚生物质的方法。
背景技术
化石能源各种形式的利用，使得人类社会变得更加方便快捷。在人们享受化石能源带来的方便快捷的同时，化石能源的大量开发和使用也给生态环境造成严重的损害。因此，探寻和开发可再生能源已经成为世界各国关注的热点。
生物质资源是人类利用最早的能源种类，是当前社会继煤炭、石油和天然气之后的第四大能源形式，也是地球上唯一可转化为气液固三相燃料的可再生碳源。生物质具有产量丰富，分布广泛的特点，其可开发性和应用价值受到广泛关注。燃料乙醇是当前世界范围内应用最为广泛的生物质衍生能源之一，其可以与汽油按照一定比例进行掺混调配成乙醇汽油用于汽车发动机中。木质纤维素类生物质中的半纤维素和纤维素成分经过降解转化为可发酵糖，再经酵母发酵产生纤维素燃料乙醇。如何实现木质纤维素类生物质原料绿色、高效、低能耗的定向分级解聚制备可发酵糖，是这一生物化学转化过程的关键所在。
固体酸催化剂是一种重要的化工催化剂，在行业中得到广泛使用，但是在木质纤维素类生物质分级解聚过程中的应用还较少。发明人前期已开发了多种碳基固体酸，诸如专利ZL201110126178.7、ZL201610624249.9、ZL201610623755.6和CN108855135A中所公开。发明人所开发的碳基固体酸催化剂具有较好的半纤维素催化活性以及木糖选择性，在水相中可以实现半纤维素向木糖的定向解聚转化。所开发的碳基固体酸催化剂是有生物质及其衍生物为原料，经过碳化和磺化步骤合成所得。亟待提出其他碳基固体酸催化剂，更加有效地与木质纤维素分子链之间形成氢键以增强反应体系中原料与催化剂见的传质效率。
发明内容
本发明提供了旨在针对现有技术存在的问题，提供一种高分子固体酸催化剂及其定向催化解聚生物质的方法。本发明公开了一种树脂氯甲基聚苯乙烯为原料，通过一步快速磺化制备固体酸催化剂的技术方法，在固体酸催化剂预处理木质纤维素类生物质原料并辅以纤维素酶两步分别水解半纤维素和纤维素的基础上，该催化剂还可以经过两步水热反应对其中的半纤维素和纤维素成分定向解聚为相应的产品。
本发明提供了一种高分子固体酸催化剂，由如下步骤制备得到：将预处理后的氯甲基聚苯乙烯树脂粉末与浓硫酸或发烟硫酸加入反应容器中反应，待反应结束后，分离固体粉末和反应液，固体粉末经洗涤和干燥后得到高分子固体酸催化剂。
本发明提出的高分子固体酸催化剂中含有电负性强的元素或者官能团(如-Cl等)，可以更加有效地与木质纤维素分子链之间形成氢键以增强反应体系中原料与催化剂见的传质效率。
本发明提出的反应容器为带有聚四氟乙烯内衬的压力反应釜；氯甲基聚苯乙烯树脂与浓硫酸或发烟硫酸的磺化过程使用的浓硫酸或者发烟硫酸在回收后可重复使用，浓硫酸(98％，w/w)可使用5-6次，发烟硫酸(三氧化硫含量40％，w/w)在使用后10次后效果不变。
优选地，将预处理后的氯甲基聚苯乙烯树脂粉末与浓硫酸加入反应容器中反应的具体步骤为：将预处理后的氯甲基聚苯乙烯树脂粉末与浓硫酸按照质量体积比为1:5-20加入反应容器中反应，反应温度为120℃-180℃，反应时间为1-6h。本发明中质量体积比的单位为kg/L。用去离子水对固体粉末进行清洗直至检测清洗液显中性为止，随后对固体粉末在105℃下烘12h进行干燥后收集备用。
优选地，预处理后的氯甲基聚苯乙烯树脂粉末的预处理步骤是：对氯甲基聚苯乙烯树脂进行破碎处理筛分，控制目数在100-200目之间，再进行水洗，在80℃烘箱中干燥24小时，得到预处理后的氯甲基聚苯乙烯树脂粉末。
本发明还保护了一种高分子固体酸催化剂定向催化解聚生物质的方法，使用高分子固体酸催化剂定向催化解聚生物质，包括如下步骤：
(1)催化剂水解预处理：将粒径为0.2-5.0mm的木质纤维原料与所述的高分子固体酸催化剂混合并加入水于反应容器中，进行加热反应；
(2)二阶水解：步骤(1)加热反应后的混合物分离得到第一固体残渣和含有木糖的预处理液，在第一固体残渣中加水于反应容器中，再次进行加热反应，分离得到第二固体残渣和含有葡萄糖的第二预处理液；
或者原位酶解：根据高分子固体酸催化剂与木质纤维素原料粒径不同，回收步骤(1)加热反应后的混合物中的高分子固体酸催化剂，向回收高分子固体酸催化剂后的混合物中加入柠檬酸钠调节处理体系中的pH值为4.5-5.0，再向处理体系中加入纤维素酶进行酶水解，得到可发酵糖。
本发明公开了一种以富含-Cl基团和苯环的高分子聚合物氯甲基聚苯乙烯树脂为原料，氯甲基聚苯乙烯中苄基氯基团本身具有天然的不稳定特性，容易发生亲核取代反应而被其他的官能团所取代，因此材料改性和合成催化剂良好的前驱体。通过一步快速磺化合成固体酸催化剂的方法，并将其应用于水相催化木质纤维素类生物质原料定向解聚预处理的过程中。在预处理之后，在不分离预处理渣料和预处理水解液的情况下进行原位酶水解反应。通过上述两步反应，可以实现对木质纤维素类生物质中的半纤维素和纤维素成分的水解糖化。
本发明提出的木质纤维素类原料包括：玉米芯、玉米秸秆、小麦秸秆等农业处理废弃物；杨木屑、桉木屑、松木屑等木材加工废弃物；柳枝稷、狼尾草、芒草等草本植物；以及园林绿化藤类垃圾等。
优选地，步骤(1)所述的木质纤维原料与所述的高分子固体酸催化剂的质量比为1-5:1，木质纤维原料与水的质量比为1:10-60。
优选地，步骤(1)所述的加热反应条件：反应温度120℃-180℃，反应时间20-180min。
优选地，步骤(2)中加入的水与步骤(1)初始木质纤维素原料的质量比为5-20:1，加热反应条件：反应温度范围控制在150℃-190℃，反应时间3-10h。
优选地，步骤(2)中加入的纤维素酶的量以步骤(1)初始木质纤维素原料的质量为准，每克初始木质纤维素原料加入5-40FPU纤维素酶。
优选地，步骤(2)所述的向回收高分子固体酸催化剂后的混合物中加入柠檬酸钠调节处理体系中的pH值为4.8。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所制备的固体酸催化剂具有高的催化活性以及选择性，可以在水相体系中实现对木质纤维素中半纤维素成分的定向解聚制备木糖；
(2)本发明所制备的高分子固体酸催化剂具有无腐蚀性、稳定性佳、选择性高、可回收并重复使用的特点，不仅对预处理反应装置没有腐蚀性，而且反应后水解液中除目标产物外不引入其他可溶性杂质对后期环境产生的压力小；
(3)本发明在固体酸催化剂高选择性的基础上开发了原位酶水解工艺过程，该过程省去了传统酶水解的分离和烘干过程，在提高生产效率的同时也避免了额外水资源和能源的消耗；另外，原位酶水解过程中的预处理渣料没有经过烘干步骤为湿态，有助于提高酶水解效率；
(4)本发明提出的定向催化解聚生物质的工艺过程为高分子固体酸催化剂预处理后的原位酶水解反应，在省却多步工艺过程的同时提高最终水解液中的总还原糖浓度；
(5)在高分子固体酸催化剂预处理木质纤维素类生物质原料并辅以纤维素酶两步分别水解半纤维素和纤维素的基础上，该催化剂还可以经过两步水热反应对其中的半纤维素和纤维素成分定向解聚为相应的产品。
附图说明
图1是实施例1得到的高分子固体酸磺化前后的SEM图，其中图a为氯甲基聚苯乙烯，图b为高分子固体酸催化剂；
图2是实施例1-6得到高分子固体酸催化剂不同磺化温度的FT-IR的谱图；
图3是实施例1得到的高分子固体酸磺化前后XPS的谱图；
图4是实施例1得到的高分子固体酸磺化前后核磁谱图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。
实施例1
以氯甲基聚苯乙烯为原料，清洗晾干后放入粉碎机粉碎，对粉碎的物料进行筛分取100-200目的颗粒作为原料。称取0.1kg氯甲基聚苯乙烯粉末，按照质量体积为1:20kg/L的比例，在带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中氯甲基聚苯乙烯粉末与2L浓硫酸混合均匀。对反应釜进行加热，在120℃的情况下反应4小时。反应后，用砂芯漏斗进行过滤，过滤出来的浓硫酸储存备用。用80℃的热水对固体颗粒进行反复洗涤，直至滤液为中性。洗涤后的固体酸颗粒放入烘箱中，在105℃下烘12h后收集备用，即为高分子固体酸催化剂。
对得到的高分子固体酸催化剂进行表征，如图1、图3和图4所示，由图1可知，氯甲基聚苯乙烯材料表面相对光滑，在磺化之后由于硫酸的腐蚀作用，催化剂表面变得粗糙多孔，增大催化剂的表面积，促进预处理反应过程生物质与催化剂之间传质效率。由图3可知，对比了氯甲基聚苯乙烯和磺化后的催化剂(在120℃，磺化4h)的XPS的表征结果，带有催化作用代表元素S的-SO3H基团的成功引入。由图4可知，对比了氯甲基聚苯乙烯和磺化后的催化剂(在120℃，磺化4h)的固体核磁的表征结果，可以看出对比原料，从出峰强度可以看出主要的碳链主链，和芳香结构并为发生明显变化，主要的区别在于在芳香基团上-SO3H基团的成功引入。
以上述的高分子固体酸催化剂为催化剂，按照专利“一种利用碳基固体酸催化剂两步水解生物质的方法”(ZL 201610784598.7)中的方法进行反应。选取粒径为0.2-5mm的玉米芯为木质纤维素原料，将高分子固体酸催化剂与玉米芯按照质量比为1:2的比例放入反应器中，玉米芯与水按照质量比为1:60的比例向水解反应器中加入水；开启水解反应器的加热装置，待水解反应器内温度达到140℃后开始计时，反应2小时后分离得到预处理水解液和预处理固体残渣，将预处理水解液排出留存；重新设置水解反应器加热装置的温度，以初始玉米芯质量为基准，并按照初始玉米芯与水质量比为1:40的比例向放置有预处理固体残渣的水解反应器中加水，待水解反应器内温度达到190℃后开始计时，反应3h后分离得到第二水解液和第二固体残渣，将第二水解液排出留存。
对两步所得的水解液进行分析，预处理阶段半纤维素转化还原糖收率为91％(其中五碳糖收率为79％，其中木聚糖占12％)，固体残渣中纤维素保留率为88％；二阶水解阶段纤维素转化还原糖收率为90％(六碳糖收率为80％，其中葡聚糖的含量为10％)。
实施例1得到的固体酸催化剂还可用于对木质纤维素生物质的预处理反应，再辅以纤维素酶对预处理后的渣料进行原位酶水解，从而实现对木质纤维素生物质中半纤维素和纤维素成分的分级解聚。
对比例1
以聚乙烯为催化剂制备原料，按照实施例1中的反应条件制备催化剂。
本对比例为与实施例1的对比结果。
选取粒径为0.2-5mm的玉米芯为生物质物料，将高分子固体酸催化剂与玉米芯按照质量比为1:5的比例放入反应器中，玉米芯与水按照质量比为1:60的比例向水解反应器中加入水；开启水解反应器的加热装置，待水解反应器内温度达到140℃后开始计时，反应2小时后分离得到预处理水解液和预处理固体残渣，将预处理水解液排出留存；重新设置水解反应器加热装置的温度，以初始玉米芯质量为基准，并按照初始玉米芯与水质量比为1:40的比例向放置有预处理固体残渣的水解反应器中加水，待水解反应器内温度达到190℃后开始计时，反应3h后分离得到第二水解液和第二固体残渣，将第二水解液排出留存。
对两步所得的水解液进行分析，预处理阶段半纤维素转化还原糖收率为77％(其中五碳糖收率为62％，其中木聚糖占15％)，固体残渣中纤维素保留率为94％；二阶水解阶段纤维素转化还原糖收率为78％(六碳糖收率为59％，其中葡聚糖的含量为19％)。
实施例2
以氯甲基聚苯乙烯为催化剂制备原料，按照实施例1中的反应条件制备催化剂。
本固体酸催化剂还可用于对木质纤维素生物质的预处理反应，再辅以纤维素酶对预处理后的渣料进行原位酶水解，从而实现对木质纤维素生物质中半纤维素和纤维素成分的分级解聚。本实施例为与实施例1的对比结果。
选取粒径为0.2-5mm的玉米芯为生物质物料，将高分子固体酸催化剂与玉米芯按照质量比为1:2的比例放入反应器中，玉米芯与水按照质量比为1:60的比例向水解反应器中加入水；开启水解反应器的加热装置，待水解反应器内温度达到160℃后开始计时，反应30min后，分离回收高分子固体酸催化剂，去除部分预处理液，控制初始玉米芯与预处理液质量比为1:15，重新设置水解反应器加热装置的温度，待水解反应器内温度调至50℃后开始计时，加入柠檬酸钠调节pH至4.8，并按照初始玉米芯量按照40FPU/g的比例加入纤维素酶，反应24h后将水解液排出留存。
对两步所得的水解液进行分析，预处理阶段半纤维素转化还原糖收率为90％(其中五碳糖收率为78％，其中木聚糖占12％)固体残渣中纤维素保留率为88％；酶解液中纤维素转化为还原糖收率为95％，总糖浓度纤维素酶解糖浓度达到208g/L。实施例1与实施例2相比较，实施例2避免了实施例1中分离预处理液后再补水水解的步骤(防止产生的目标产物木糖进一步降解)，实施例2依靠原位酶解的方式只需要调节预处理液的pH添加纤维素酶继续水解，并且更有效的提高了纤维素转化还原糖的浓度。
实施例3
以氯甲基聚苯乙烯为催化剂制备原料，与实施例1中的催化剂制备过程相同，磺化温度为160℃，反应时间为2h。
选取粒径为0.2-5mm的杨木木屑为生物质物料，将高分子固体酸催化剂与杨木木屑按照质量比为1:1的比例放入水解反应器中，杨木木屑与水按照质量比为1:15的比例向水解反应器中加入水；开启水解反应器的加热装置，待水解反应器内温度达到150℃后开始计时，反应3小时后分离得到预处理水解液和预处理固体残渣，将预处理水解液排出留存；重新设置水解反应器加热装置的温度，并以初始杨木木屑原料为基准，按照杨木木屑与水质量比为1:30的比例向水解反应器中加水，待水解反应器内温度达到190℃后开始计时，反应4小时后分离得到第二水解液和第二固体残渣，将第二水解液排出留存。
对两步所得的水解液进行分析，预处理阶段半纤维素转化还原糖收率为83％(其中五碳糖收率为79％，其中木聚糖占4％)，固体残渣中纤维素保留率为92％；二阶水解阶段纤维素转化还原糖收率为89％(六碳糖收率为80％，其中葡聚糖的含量为5％)。
实施例4
以氯甲基聚苯乙烯为催化剂制备原料，按照实施例3中的反应条件制备催化剂。
选取粒径为0.2-5mm的杨木屑为生物质物料，将高分子固体酸催化剂与杨木木屑按照质量比为1:1的比例放入反应器中，杨木屑与水按照质量比为1:15的比例向水解反应器中加入水；开启水解反应器的加热装置，待水解反应器内温度达到160℃后开始计时，反应3h后，分离回收高分子固体酸催化剂，去除部分预处理液，控制初始杨木屑与预处理液质量比为1:10，重新设置水解反应器加热装置的温度，待水解反应器内温度调至50℃后开始计时，加入柠檬酸钠调节pH至4.8，并按照初始杨木屑量按照10FPU/g的比例加入纤维素酶，反应72h后将水解液排出留存。
对两步所得的水解液进行分析，预处理阶段半纤维素转化还原糖收率为90％(其中五碳糖收率为80％，其中木聚糖占10％)，纤维素保留率为91％；原位酶解阶段还原糖收率达到97％，酶解液中纤维素酶解糖浓度达到205g/L。
实施例5
以氯甲基聚苯乙烯为催化剂制备原料，按照实施例1中的反应条件制备催化剂。磺化温度为180℃，反应时间为2小时。
选取粒径为0.2-5mm的柳枝稷为生物质物料，将高分子固体酸催化剂与柳枝稷按照质量比为1:3的比例放入水解反应器中，柳枝稷与水按照质量比为1:10的比例向水解反应器中加入水；开启水解反应器的加热装置，待水解反应器内温度达到170℃后开始计时，反应20min后分离得到预处理水解液和预处理固体残渣，将预处理水解液排出留存；重新设置水解反应器加热装置的温度，并以初始柳枝稷原料为基准，按照柳枝稷与水质量比为1:30的比例向水解反应器中加水，待水解反应器内温度达到160℃后开始计时，反应3小时后分离得到第二水解液和第二固体残渣，将第二水解液排出留存。
对两步所得的水解液进行分析，预处理阶段半纤维素转化还原糖收率为81％(其中五碳糖收率为79％，其中木聚糖占2％)，固体残渣中纤维素保留率为87％；二阶水解阶段纤维素转化还原糖收率为82％(六碳糖收率为78％，其中葡聚糖的含量为4％)。
实施例6
以氯甲基聚苯乙烯为催化剂制备原料，按照实施例1中的反应条件制备催化剂。磺化温度为160℃，反应时间为2小时。
选取粒径为0.2-5mm的园林绿化藤类垃圾为生物质物料，将高分子固体酸催化剂与柳枝稷按照质量比为1:3的比例放入水解反应器中，园林绿化藤类垃圾与水按照质量比为1:20的比例向水解反应器中加入水；开启水解反应器的加热装置，待水解反应器内温度达到130℃后开始计时，反应3小时后，分离回收高分子固体酸催化剂，去除部分预处理液，控制初始园林绿化藤类垃圾与预处理液质量比为1:10，重新设置水解反应器加热装置的温度，待水解反应器内温度调至50℃后开始计时，加入柠檬酸钠调节pH至4.8，并按照初始林绿化藤类垃圾量按照40FPU/g的比例加入纤维素酶，反应24h后将水解液排出留存。
对两步所得的水解液进行分析，预处理阶段半纤维素转化还原糖收率为92％(其中五碳糖收率为80％，其中木聚糖占12％)，固体残渣中纤维素保留率为92％；原位酶解阶段还原糖收率达到83％，酶解液中纤维素酶解糖浓度达到201g/L。
实施例7
以氯甲基聚苯乙烯为催化剂制备原料，按照实施例1中的反应条件制备催化剂。磺化温度为160℃，反应时间为2小时。
选取粒径为0.2-5mm的玉米芯为生物质物料，将高分子固体酸催化剂与玉米芯按照质量比为1:5的比例放入反应器中，玉米芯与水按照质量比为1:40的比例向水解反应器中加入水；开启水解反应器的加热装置，待水解反应器内温度达到140℃后开始计时，反应3小时后，分离回收高分子固体酸催化剂，去除部分预处理液，控制初始玉米芯与预处理液质量比为1:10，重新设置水解反应器加热装置的温度，待水解反应器内温度降至50℃后开始计时，加入柠檬酸钠调节pH至4.8，并按照初始玉米芯量按照5FPU/g的比例加入纤维素酶，反应48小时后将水解液排出留存。
对两步所得的水解液进行分析，预处理阶段半纤维素转化还原糖收率为85％(其中五碳糖收率为79％，其中木聚糖占4％)，固体残渣中纤维素保留率为89％；原位酶解阶段还原糖收率达到79％，酶解液中纤维素酶解糖浓度达到185g/L。
由图2可知，在不同温度下对氯甲基聚苯乙烯进行磺化，FT-IR的表征结果显示在1250cm-1的吸收峰为S＝O，证明了酸性冠能团的成功引入，随着磺化温度的升高，吸收峰越来越强。
实施例8
以氯甲基聚苯乙烯为催化剂制备原料，按照实施例1中的反应条件制备催化剂。磺化温度为180℃，反应时间为1小时。
选取粒径为0.2-5mm的柳枝稷为生物质物料，将高分子固体酸催化剂与柳枝稷按照质量比为1:1的比例放入水解反应器中，柳枝稷与水按照质量比为1:10的比例向水解反应器中加入水；开启水解反应器的加热装置，待水解反应器内温度达到120℃后开始计时，反应3小时后分离得到预处理水解液和预处理固体残渣，将预处理水解液排出留存；重新设置水解反应器加热装置的温度，并以初始柳枝稷原料为基准，按照初始柳枝稷与水质量比为1:40的比例向水解反应器中加水，待水解反应器内温度达到150℃后开始计时，反应10小时后分离得到第二水解液和第二固体残渣，将第二水解液排出留存。
对两步所得的水解液进行分析，预处理阶段半纤维素转化还原糖收率为85％(其中五碳糖收率为75％，其中木聚糖占10％)，固体残渣中纤维素保留率为91％；第二水解阶段纤维素转化还原糖收率为92％(六碳糖收率为84％，其中葡聚糖的含量为8％)。
实施例9
以氯甲基聚苯乙烯为催化剂制备原料，按照实施例1中的反应条件制备催化剂。氯甲基聚苯乙烯与发烟硫酸的质量体积为1:5kg/L，磺化温度为120℃，反应时间为6小时。
选取粒径为0.2-5mm的园林绿化垃圾为生物质物料，将高分子固体酸催化剂与柳枝稷按照质量比为1:5的比例放入水解反应器中，柳枝稷与水按照质量比为1:60的比例向水解反应器中加入水；开启水解反应器的加热装置，待水解反应器内温度达到180℃后开始计时，反应20min后分离得到预处理水解液和预处理固体残渣，将预处理水解液排出留存；重新设置水解反应器加热装置的温度，并以初始柳枝稷原料为基准，按照柳枝稷与水质量比为1:20的比例向水解反应器中加水，待水解反应器内温度达到190℃后开始计时，反应3小时后分离得到第二水解液和第二固体残渣，将第二水解液排出留存。
对两步所得的水解液进行分析，五碳糖收率为88％，其中木聚糖占8％；六碳糖收率为83％，其中葡聚糖的含量为6％。
对两步所得的水解液进行分析，预处理阶段半纤维素转化还原糖收率为91％(其中五碳糖收率为83％，其中木聚糖占8％)，固体残渣中纤维素保留率为78％；第二水解阶段纤维素转化还原糖收率为88％(六碳糖收率为80％，其中葡聚糖的含量为8％)。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高分子固体酸催化剂定向催化解聚生物质的方法，其特征在于，使用高分子固体酸催化剂定向催化解聚生物质，所述的高分子固体酸催化剂，由如下步骤制备得到：将预处理后的氯甲基聚苯乙烯树脂粉末与浓硫酸或发烟硫酸加入反应容器中反应，待反应结束后，分离固体粉末和反应液，固体粉末经洗涤和干燥后得到高分子固体酸催化剂；所述的方法包括如下步骤：
（1）催化剂水解预处理：将粒径为0.2-5.0 mm的木质纤维原料与所述的高分子固体酸催化剂混合并加入水于反应容器中，进行加热反应，所述的木质纤维原料与所述的高分子固体酸催化剂的质量比为1-5:1，木质纤维原料与水的质量比为1:10-60，所述的加热反应条件：反应温度120℃-180℃，反应时间20-180 min；
（2）二阶水解：步骤（1）加热反应后的混合物分离得到预处理固体残渣和含有木糖的预处理液，在预处理固体残渣中加水于反应容器中，再次进行加热反应，分离得到第二固体残渣和含有葡萄糖的第二水解液，加热反应条件为反应温度范围控制在150℃-190℃，反应时间3-10 h；
或者原位酶解：根据高分子固体酸催化剂与木质纤维素原料粒径不同，回收步骤（1）加热反应后的混合物中的高分子固体酸催化剂，向回收高分子固体酸催化剂后的混合物中加入柠檬酸钠调节处理体系中的pH值为4.5-5.0，再向处理体系中加入纤维素酶进行酶水解，得到可发酵糖，加入的纤维素酶的量以步骤（1）初始木质纤维素原料的质量为准，每克初始木质纤维素原料加入5-40 FPU纤维素酶。
2.根据权利要求1所述的高分子固体酸催化剂定向催化解聚生物质的方法，其特征在于，氯甲基聚苯乙烯树脂粉末的预处理步骤是：对氯甲基聚苯乙烯树脂进行破碎处理筛分，控制目数在100-200目之间，再进行水洗，在80 ℃烘箱中干燥24小时，得到预处理后的氯甲基聚苯乙烯树脂粉末。
3.根据权利要求1或2所述的高分子固体酸催化剂定向催化解聚生物质的方法，其特征在于，将预处理后的氯甲基聚苯乙烯树脂粉末与浓硫酸或发烟硫酸加入反应容器中反应的具体步骤为：将预处理后的氯甲基聚苯乙烯树脂粉末与浓硫酸或发烟硫酸按照质量体积比为1 Kg:（5-20）L加入反应容器中反应，反应温度为120℃-180℃，反应时间为1-6 h。
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