CN115301221B - 一种硼掺杂碳基催化加速剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硼掺杂碳基催化加速剂，所述的硼掺杂碳基催化加速剂是粒径为1nm‑10μm的硼掺杂碳基微球，以可溶性糖和含硼化合物为原料进行水热反应得到，所述的可溶性糖包括果糖、葡萄糖、蔗糖、纤维二糖、环糊精、壳聚糖或淀粉；所述的含硼化合物包括硼酸、苯硼酸、硼砂、对苯二硼酸或苯硼酸钠。该硼掺杂碳基催化加速剂球形度好、微球之间没有明显粘连，硼掺杂改善了碳材料表面活性，提高了微球对纤维素的亲和能力；硼羟基相较于普通羟基具有更强的纤维素亲和能力，产生更强的结构破坏能力，可以有效打破纤维素的取向结构，破坏致密的氢键网络结构，实现纤维素在低酸水相体系的高效水解成糖。
Description
技术领域
本发明属于生物质高值转化利用技术领域，具体涉及一种硼掺杂碳基催化加速剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着人类社会工业化的不断推进，我们对碳基能源和材料的需求量越来越高，石油、煤炭、天然气等不可再生资源的大量使用与废弃，也造成了非常严重的环境问题。生物质作为一种年产量巨大、可再生的自然资源，是目前最有望替代石油资源的可再生碳源，纤维素是生物质中含量最多的组分，广泛存在于木材、秸秆、草、海藻中，作为一种碳中性甚至碳负性资源，纤维素在被转化利用为新一代可再生能源与材料方面具有极大的潜力与前景。纤维素水解成糖是将其转化为能源和材料的关键节点技术，但是由于天然纤维素中链段高度取向，纤维素分子链线性排列，紧密堆积在一起，分子链之间形成了非常顽固的氢键网络结构，使水和催化剂无法到达反应位点(即反应可及性差)，导致纤维素无法有效发生水解。因此，在化学法水解纤维素中，如何高效破坏纤维素取向结构一直是提升纤维素水解效率的关键。
传统纤维素水解一般使用高温、强酸、高压等剧烈的条件来打破纤维素分子之间的氢键网络结构，但是在这种苛刻条件下水解的产物十分不稳定，副反应严重，因此往往无法得到葡萄糖。因此，为了防止水解过程中水解产物的分解，往往需要通过其他方式在反应前或反应中打破纤维素结晶结构，降低纤维素水解反应难度，避免这些苛刻的水解条件，实现在温和条件下的纤维素水解变糖。
各种预处理手段是在反应前打破纤维素结晶和取向结构最常使用的方法，最常用的方法包括研磨、爆破等物理方法和酸、碱、有机溶剂预处理等化学方法。球磨法已经被证实是一种有效的预处理手段，中国专利文献CN109097501A报道了通过球磨预处理，破坏纤维素分子链结构，降低纤维素结晶度，从而提高纤维素反应活性，从而实现在微波辅助弱酸条件下水解纤维素，提升水解效率和葡萄糖得率的方法；中国专利文献CN104946803A和CN100564667C报道了在球磨处理过程中配合稀酸和/或稀碱辅助，可以进一步提升破坏纤维素结构，不仅可以显著降低纤维素颗粒尺寸和结晶度，同时还可以达到脱除原料中木质素的目的，水解效率得到了极大的提升。但球磨法能耗很大且效率低，不适合大批量处理。
研究人员进一步研发了各种可以溶解纤维素的有机溶剂水解体系，通过溶解打破纤维素氢键网络结构，也可以有效提升纤维素水解能力。另外，通过向纤维素溶剂分子中引入酸性基团，可以赋予溶剂水解纤维素的能力，同步实现打破结构和水解的效果。中国专利文献CN102796143A报道了一种含磷酸基团的离子液体，作为一种绿色溶剂，这种离子液体不仅可以通过与纤维素链段之间的氢键作用打破纤维素内部的氢键网络结构，同时磷酸基团还可以作为催化基团实现纤维素水解，由于离子液体可以作为溶剂打破纤维素结构，避免了苛刻的反应条件(＜160℃)，水溶性糖得率最高可以达到100％。中国专利文献CN108950091A报道了通过含酸性基团的低共熔溶剂作为水解体系，实现纤维素在溶液状态下的水解，由于没有氢键网络的阻碍，水解温度可低于120℃，反应选择性大大提升，最高可以达到85％。但上述有机溶剂造价比较昂贵，而且葡萄糖在溶剂中分离非常困难，产物无法收集。
避免高功耗的预处理手段以及昂贵的有机溶剂体系，寻找更加绿色、简便、经济的方法，打破纤维素顽固结构，实现全水相稀酸体系中纤维素高效水解变糖是必要的。
硼掺杂碳材料目前主要用于电催化材料、污染物吸附材料和荧光纳米材料方面，目前硼掺杂碳材料的主要制备方法是浸渍后热分解法和水热法，例如中国专利文献CN111137876A中介绍了一种利用木质素作为碳源，先用四硼酸钠、四硼酸钾或硼酸溶液浸渍后，在400-800℃下热解制备硼掺杂碳，这种方法所得到的硼掺杂碳材料硼原子掺杂率高，但是高温下会使原料中的羟基脱落，由于羟基是与纤维素形成氢键的主要官能团，羟基在高温下脱落会使硼掺杂碳材料对纤维素的亲和能力大大降低，进而降低催化能力。中国专利文献CN106675555A中介绍了以抗坏血酸为碳源、硼酸为硼源，50％的乙醇/水溶液为溶剂的水热法制备了硼掺杂碳量子点，由于选用了有机溶剂，增加了制备成本和危险性，另一方面，碳量子点的尺寸小于10nm，能提供的吸附能力有限，而且作为催化剂成本高，回收利用困难。
发明内容
为了开发一种绿色、简便的提高纤维素水解成糖效率的方法，拓宽硼掺杂碳材料的应用领域，本发明提供了一种硼掺杂碳基催化加速剂，微球状的硼掺杂碳基催化加速剂球形度好、单分散性好、具有硼羟基结构，对纤维素亲和能力强，可以有效打破纤维素的取向结构，显著提升纤维素的水解成糖效率。
具体采用的技术方案如下：
一种硼掺杂碳基催化加速剂，所述的硼掺杂碳基催化加速剂是粒径为1nm-10μm的硼掺杂碳基微球，以可溶性糖和含硼化合物为原料进行水热反应得到，所述的可溶性糖包括果糖、葡萄糖、蔗糖、纤维二糖、环糊精、壳聚糖或淀粉；所述的含硼化合物包括硼酸、苯硼酸、硼砂、对苯二硼酸或苯硼酸钠。
本发明以可溶性糖为碳源，以含硼化合物为硼源，利用水热反应制备得到了微球状的硼掺杂碳基催化加速剂；该硼掺杂碳基催化加速剂球形度好、微球之间没有明显粘连，硼掺杂改善了碳材料表面活性，提高了微球对纤维素的亲和能力；硼羟基相较于普通羟基具有更强的纤维素亲和能力，产生更强的结构破坏能力，可以有效打破纤维素的取向结构，破坏致密的氢键网络结构，实现纤维素在低酸水相体系的高效水解，同时水解液中的葡萄糖可以通过简单的步骤提取并用于生物发酵。
优选的，所述的可溶性糖和含硼化合物的质量比为0.05-100：1，水热反应的条件为150-250℃，8-48h。
进一步优选的，水热反应结束后将制得的硼掺杂碳基微球用水和酒精洗涤，烘干。
本发明还提供了所述的硼掺杂碳基催化加速剂在催化纤维素水解成糖中的应用。
所述的纤维素包括Ⅰ型纤维素、Ⅱ型纤维素或商品化的再生纤维素，商品化再生纤维素是一种特殊的Ⅱ型纤维素，取向度更好；且所述的纤维素结晶度在0％-80％之间，聚合度在25-20000之间。其中，Ⅰ型纤维素包括但不限于棉、麻、木材、秸秆、玉米芯纤维素、微晶纤维素等；以及Ⅰ型纤维素在经过浓磷酸、离子液体、DMAc/LiCl体系、碱尿素体系等处理后得到的Ⅱ型纤维素；以及其他商品化的再生纤维素如天丝、粘胶纤维、铜氨纤维等。
该硼掺杂碳基催化加速剂可以在微波照射或者高温高压水热反应釜中实现纤维素的高效水解成糖，与未掺杂硼的表面具有多羟基的碳基微球相比，硼掺杂碳基催化加速剂单分散性显著提升，没有粘连现象，对纤维素的吸附能力和水解能力均显著提高，吸附能力是未掺杂硼碳基微球的2倍，水解能力也提升了2倍以上。
以商品化再生纤维素纤维，如粘胶纤维为例，由于再生纤维素纤维在制备过程中经过拉伸处理，纤维内部链段高度取向，结构更加顽固，水解难度更大，较未掺杂硼的表面具有多羟基的碳基微球而言，本发明提供的硼掺杂碳基催化加速剂催化商品化的再生纤维素的水解时，纤维素转化率和葡萄糖产率分别是未掺杂硼碳基微球的4倍以上和2倍以上。
具体的，所述的应用方式为，在微波照射或高温密闭条件下，所述的硼掺杂碳基催化加速剂在稀酸溶液中催化纤维素水解成糖。
硼掺杂碳基加速剂在反应体系中的加入，使得纤维素取向结构可以被有效破坏，纤维素纤维取向度在硼掺杂碳基加速剂作用下可下降5-100％，机械性能下降10-90％，随着取向结构破坏，纤维素反应性显著提升，极大提升了纤维素水解能力。
优选的，所述的稀酸溶液中氢离子浓度为0.001mol/L-0.2mol/L，稀酸选自HCl、H2SO4、H3PO4、马来酸、草酸和甲酸中的至少一种。
优选的，硼掺杂碳基催化加速剂与纤维素的质量比为1：0.1-50；纤维素与稀酸溶液的质量比为1:1-100。
优选的，微波照射条件下的反应参数为：反应温度50-200℃，微波功率10-800W，反应时间1-60min。
优选的，高温密闭条件为：使用水热反应釜进行水解反应，反应温度为50-200℃，反应时间为0.5-72h。
所述的硼掺杂碳基催化加速剂可以重复利用，其纤维素转化率和葡萄糖产率使用3次内下降不超过5-50％。
利用所述的硼掺杂碳基催化加速剂将纤维素水解成糖后，水解液中的葡萄糖提取以后或者水解后的葡萄糖溶液可以作为酵母菌、乳酸菌等常见发酵菌种的碳源，用于微生物发酵。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明中的硼掺杂碳基催化加速剂制备方法简单，原料为可溶性糖，来源广泛，稳定性好，可重复使用；且该硼掺杂碳基催化加速剂呈微球状、形貌规则、球形度好、单分散性好、微球之间没有相互粘连；
(2)该硼掺杂碳基催化加速剂在微波照射或高温密闭条件下，硼掺杂碳基微球相对于其他多羟基碳微球可以与纤维素之间产生更强的相互作用力，通过这种强相互作用可有效打破纤维素取向结构，随着取向结构破坏，纤维素的力学性能显著下降，反应活性明显提高，微波条件下进行反应，30min以内纤维素转化率最高可达100％、水溶性还原糖产率可达96％、葡萄糖产率可超过70％，相对于其他物理和化学手段，更加经济，易操作；
(3)所述的硼掺杂碳基催化加速剂催化纤维素水解成糖时，既可以在微波条件下进行，也可以在高温密闭条件下进行；当在微波条件下进行反应时，反应时间在30min以内，速率快，反应条件相对温和，副反应低，反应选择性高。
(4)所述的硼掺杂碳基催化加速剂在稀酸溶液中催化纤维素水解成糖时，稀酸溶液中酸浓度较低，避免了液体浓酸催化剂的设备腐蚀问题，没有大量废酸产生，更加经济、绿色、安全；且水溶剂体系是最理想的绿色溶剂，产物分离简单；
附图说明
图1为所述的硼掺杂碳基催化加速剂的微观形貌图和红外光谱图，其中,(a)为SEM图片，(b)为红外光谱图。
图2为硼掺杂碳基催化加速剂催化纤维素水解反应前后的SEM图片，其中，(a)为水解反应前，(b)为水解反应后。
具体实施方式
下面结合附图与实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
下述实施例和对比例中应用的玉米芯纤维素、粘胶纤维素、再生纤维素、微晶纤维素、棉纤维素、铜氨纤维素等纤维素的结晶度均在0％-80％之间，聚合度在25-20000之间。
实施例1
(1)取20g蔗糖溶于60mL去离子水中，向其中加入硼酸2.0g作为硼源，搅拌后使之溶解，之后将混合液加入到100mL不锈钢高压反应釜中，200℃下水热反应12小时，制备得到硼掺杂碳基微球，将硼掺杂碳基微球用水和乙醇各洗涤三次，烘干备用。
(2)将0.2g步骤(1)制得的硼掺杂碳基催化加速剂与0.3g玉米芯纤维素(结晶度56.5％，聚合度是1600)加入到25mL 0.03mol/L的磷酸溶液中，160℃下在同步冷却的微波反应器中水解10min，反应过程中控制微波功率在80W，反应结束后制备得到水解液，过滤，滤液用碳酸钙中和，残渣烘干后可用于下一次反应。
实施例2
(1)取10.0g葡萄糖和2.0g硼砂加入到140mL水中制成混合液，将混合液加入到200mL不锈钢高压反应釜中，220℃水热反应18小时，制备得到硼掺杂碳基微球，将硼掺杂碳基微球用水和乙醇各洗涤三次，烘干备用。
(2)取10g干燥的甘蔗渣纤维素，与离子液体BMIMCl(1-丁基-3-甲基咪唑氯盐)按1：20质量比混合，在机械搅拌下加热使甘蔗渣纤维素溶解形成均相纤维素溶液，向该溶液中滴加乙醇得到再生纤维素沉淀；将沉淀用乙醇洗涤，烘干，研磨后过300目筛，得到再生纤维素备用。
(3)将1g步骤(1)制得的硼掺杂碳基催化加速剂与2g步骤(2)制得的再生纤维素加入到150mL 0.04mol/L的HCl溶液中，将混合液转移到200mL不锈钢高压反应釜中进行水解反应，180℃下水解反应80min，反应结束后制备得到水解液，过滤，滤液用碳酸钙中和用于后续发酵，残渣烘干后可用于下一次反应。
实施例3
(1)取可溶性淀粉5.0g加入到50mL水中，加热至沸腾使之溶解，将0.2g对苯二硼酸溶于10mL乙醇中，将上述两溶液混合后加入到100mL不锈钢高压反应釜中，190℃水热反应12小时，制备得到硼掺杂碳基微球，将硼掺杂碳基微球用水和乙醇各洗涤三次，烘干备用。
(2)将0.4g步骤(1)制得的硼掺杂碳基催化加速剂与0.1g粘胶纤维素加入到10mL0.04mol/L的马来酸溶液中，170℃下在微波反应器中水解20min，反应过程中控制微波功率在140W，反应结束后制备得到水解液，过滤，滤液用碳酸钙中和，残渣烘干后可用于下一次反应。
实施例4
(1)取6.0g果糖和2.0g苯硼酸加入到80mL水中溶解，将溶解后的混合液加入到100mL不锈钢高压反应釜中，180℃水热反应48小时，制备得到硼掺杂碳基微球，将硼掺杂碳基微球用水和乙醇各洗涤三次，烘干备用。
(2)取20g干燥的秸秆纤维素，用氢氧化钠、二硫化碳处理，之后溶解在稀氢氧化钠中，得到纤维素黄原酸酯溶液，一定温度下熟成后，将溶液在稀硫酸中沉淀，沉淀经过滤、洗涤、干燥后，即可得到再生纤维素备用。
(3)将0.3g步骤(1)制得的硼掺杂碳基催化加速剂与0.3g步骤(2)制得的再生纤维素加入到30mL 0.04mol/L的草酸溶液中，150℃下在微波反应器中水解15min，反应过程中控制微波功率在100W，反应结束后制备得到水解液，过滤，滤液用碳酸钙中和，残渣烘干后可用于下一次反应。
实施例5
(1)取4.0g纤维二糖和1.0g苯硼酸钠加入到60mL水中溶解，将溶解后的混合液加入到100mL不锈钢高压反应釜中，200℃水热反应24小时，制备得到硼掺杂碳基微球，将硼掺杂碳基微球用水和乙醇各洗涤三次，烘干备用。
(2)取20g干燥的木材纤维素，加入到DMAc/LiCl混合液中，加热到120℃溶解，将制得的溶液在水中沉淀，沉淀经过滤、洗涤、干燥后，即可得到再生纤维素备用。
(3)将0.1g步骤(1)制得的硼掺杂碳基催化加速剂与0.2g步骤(2)制得的再生纤维素加入到20mL 0.1mol/L的甲酸溶液中，170℃下在微波反应器中水解15min，反应过程中控制微波功率在150W，反应结束后制备得到水解液，过滤，滤液用碳酸钙中和，残渣烘干后可用于下一次反应。
实施例6
(1)取5.0g环糊精和1.0g硼酸加入到140mL水中溶解，将溶解后的混合液加入到200mL不锈钢高压反应釜中，190℃水热反应12小时，制备得到硼掺杂碳基微球，将硼掺杂碳基微球用水和乙醇各洗涤三次，烘干备用。
(2)取20g干燥的微晶纤维素，加入到球磨机中，在400r/min转速下预处理12小时，降低结晶度。
(3)将5g步骤(1)制得的硼掺杂碳基催化加速剂与10g步骤(2)预处理后的微晶纤维素加入到1L 0.5mol/L的硫酸溶液中将混合液转移到2L不锈钢高压反应釜中进行水解反应，160℃下水解反应4小时，反应结束后制备得到水解液，过滤，滤液用碳酸钙中和后低温保存，残渣烘干后可用于下一次反应。
实施例7
(1)取2mol/L低聚壳聚糖溶液80mL，向其中加入硼砂2.0g作为硼源，搅拌后使之溶解，之后将混合液加入到100mL不锈钢高压反应釜中，200℃下水热反应12小时，制备得到硼掺杂碳基微球，将硼掺杂碳基微球用水和乙醇各洗涤三次，烘干备用。
(2)将2g步骤(1)制得的硼掺杂碳基催化加速剂与0.2g棉纤维素加入到25mL3mol/L的磷酸溶液中，180℃下在同步冷却的微波反应器中水解20min，反应过程中控制微波功率在180W，反应结束后制备得到水解液，过滤，滤液用碳酸钙中和，残渣烘干后可用于下一次反应。
实施例8
(1)取葡萄糖5.0g加入到50mL水中，将1g对苯二硼酸溶于10mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，将上述两溶液混合后加入到100mL不锈钢高压反应釜中，190℃水热反应12小时，制备得到硼掺杂碳基微球，将硼掺杂碳基微球用水和乙醇各洗涤三次，烘干备用。
(2)将0.2g步骤(1)制得的硼掺杂碳基催化加速剂与0.2g铜氨纤维素加入到40mL0.04mol/L的硫酸溶液中，160℃下在微波反应器中水解15min，反应过程中控制微波功率在140W，反应结束后制备得到水解液，过滤，滤液用碳酸钙中和，残渣烘干后可用于下一次反应。
实施例9
(1)将5g硼酸和60g蔗糖加入到160mL水中，用玻璃棒搅拌溶解后，将上述溶液后加入到200mL不锈钢高压反应釜中，200℃水热反应12小时，将所制备的硼掺杂碳基微球过滤后用水和乙醇各洗涤三次，烘干备用。
(2)将0.2g步骤(1)制得的硼掺杂碳基催化加速剂与0.4g微晶纤维素加入到25mL0.04mol/L的硫酸溶液中，150℃下在微波反应器中水解10min，反应过程中控制微波功率在200W，反应结束后制备得到水解液，过滤，滤液用碳酸钙中和，残渣烘干后可用于下一次反应。
对比例
(1)将60g蔗糖加入到160mL水中，用玻璃棒搅拌溶解后，将上述溶液后加入到200mL不锈钢高压反应釜中，200℃水热反应12小时，可以得到未经掺杂的表面多羟基的纯碳微球，表面多羟基纯碳微球过滤后用水和乙醇各洗涤三次，烘干备用。
(2)将0.2g步骤(1)制得的表面多羟基的纯碳微球与0.4g微晶纤维素加入到25mL0.04mol/L的硫酸溶液中，150℃下在微波反应器中水解10min，反应过程中控制微波功率在200W，反应结束后制备得到水解液，过滤，滤液用碳酸钙中和，残渣烘干后可用于下一次反应。
样品分析
上述实施例制得的硼掺杂碳基微球的粒径在1nm-10μm范围内，具体的，实施例1中方法制得的硼掺杂碳基催化加速剂的SEM图如图1中的(a)所示，该硼掺杂碳基催化加速剂呈微球状，球形度好、形貌规则、单分散性好、微球之间没有相互粘连，粒径为200-500nm；如图1中的(b)所示，实施例1中方法制得的硼掺杂碳基催化加速剂的红外光谱在3300cm-1-3600cm-1处出现宽峰，说明硼掺杂碳基加速剂中有丰富的羟基存在，1461cm-1and 1056cm-1处的峰则说明了B-O和B-C键，这充分说明硼掺杂碳基加速剂具有硼羟基结构。
实施例1制得的硼掺杂碳基催化加速剂催化纤维素水解反应前后的SEM图片分别如图2中的(a)和(b)所示，证明所述的硼掺杂碳基加速剂可以有效打破纤维素的取向结构。
经过计算，实施例1制得的硼掺杂碳基催化加速剂与纤维素之间的相互作用力(吸附能)是-0.64eV，对比例1制得的表面多羟基的纯碳微球与纤维素之间相互作用能力(吸附能)是-0.40eV，硼掺杂碳基催化加速剂对纤维素的吸附能力是表面多羟基纯碳微球的1.55倍。
将上述实施例或对比例得到的水解液通过DNS法测试还原糖浓度，具体操作方法如下：
水解液用1mol/L氢氧化钠溶液中和，之后将水解液稀释10倍，取3mL水解液与3mLDNS试剂，混合后在90℃下显色15min，测量显色后的溶液在540nm处的吸光度，根据朗伯比尔定律根据公式(I)计算还原糖产率(YTRS)：
公式(I)中，n表示稀释倍数；C表示还原糖浓度(g/L)；V表示水解液体积(mL)；
m表示反应前纤维素质量(g)；
纤维素转化率(Xcon.)用公式(II)计算：
公式(II)中，mRC表示反应前纤维素质量(g)；mrRC表示反应后纤维素质量(g)。
水解液中的葡萄糖浓度通过高效液相测试，具体测试条件如下：
水解液中的葡萄糖浓度通过Agilent 1200测试，色谱柱为Zorbax-NH2，流动相为乙腈/水(70∶30，v/v)，流速1.4mL/min，柱温30℃，葡萄糖产率(YGlucose)用公式(III)计算：
CGlucose表示水解液中的葡萄糖浓度(g/L)；mRC表示反应前纤维素质量(g)；V表示水解液体积(mL)，mRC表示反应前纤维素质量(g)。
利用公式(I)、(II)、(III)计算得到的实施例或对比例中纤维素水解的转化率、还原糖和葡萄糖产率如表1所示：
表1实施例1-8及对比例X中纤维素水解结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 转化率 | 92％ | 94％ | 95％ | 93％ | 93％ |
| 还原糖 | 87％ | 80％ | 86％ | 88％ | 83％ |
| 葡萄糖 | 75％ | 69％ | 73％ | 80％ | 79％ |
| 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 对比例 | |
| 转化率 | 93％ | 88％ | 92％ | 89％ | 42％ |
| 还原糖 | 83％ | 80％ | 81％ | 78％ | 35％ |
| 葡萄糖 | 79％ | 66％ | 73％ | 69％ | 23％ |
由表1可得，通过硼掺杂碳基催化加速剂的加入，可以极大提高纤维素水解效率，在极低酸浓度和极短的反应时间内，就可以实现I型纤维素、I型纤维素处理后得到的II型纤维素，甚至商品化的再生纤维素的高转化率、高选择性水解，利用所述的硼掺杂碳基催化加速剂催化纤维素纤维素水解成糖是一种兼具经济性与绿色性的方法。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述的仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种硼掺杂碳基催化加速剂在催化纤维素水解成糖中的应用，其特征在于，所述的硼掺杂碳基催化加速剂是粒径为200-500nm的硼掺杂碳基微球，以可溶性糖和含硼化合物为原料进行水热反应得到，所述的可溶性糖包括果糖、葡萄糖、蔗糖、纤维二糖、环糊精、壳聚糖或淀粉；所述的含硼化合物包括硼酸、苯硼酸、硼砂、对苯二硼酸或苯硼酸钠；水热反应的条件为150-250℃，8-48h。
2.根据权利要求1所述的硼掺杂碳基催化加速剂在催化纤维素水解成糖中的应用，其特征在于，所述的可溶性糖和含硼化合物的质量比为0.05-100：1。
3.根据权利要求1所述的硼掺杂碳基催化加速剂在催化纤维素水解成糖中的应用，其特征在于，所述的纤维素结晶度在0％-80％之间，聚合度在25-20000之间。
4.根据权利要求1所述的硼掺杂碳基催化加速剂在催化纤维素水解成糖中的应用，其特征在于，所述的应用方式为，在微波照射或高温密闭条件下，所述的硼掺杂碳基催化加速剂在稀酸溶液中催化纤维素水解反应成糖。
5.根据权利要求4所述的硼掺杂碳基催化加速剂在催化纤维素水解成糖中的应用，其特征在于，所述的稀酸溶液中氢离子浓度为0.001-0.2mol/L，稀酸选自HCl、H2SO4、H3PO4、马来酸、草酸和甲酸中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的硼掺杂碳基催化加速剂在催化纤维素水解成糖中的应用，其特征在于，硼掺杂碳基催化加速剂与纤维素的质量比为1：0.1-50；纤维素与稀酸溶液的质量比为1:1-100。
7.根据权利要求4所述的硼掺杂碳基催化加速剂在催化纤维素水解成糖中的应用，其特征在于，微波照射条件下的反应参数为：反应温度50-200℃，微波功率10-800W，反应时间1-60min。
8.根据权利要求4所述的硼掺杂碳基催化加速剂在催化纤维素水解成糖中的应用，其特征在于，高温密闭条件为：使用水热反应釜进行水解反应，反应温度为50-200℃，反应时间为0.5-72h。
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