WO2011116520A1 - 纤维素生物质同步水解精炼方法 - Google Patents

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WO2011116520A1
WO2011116520A1 PCT/CN2010/071254 CN2010071254W WO2011116520A1 WO 2011116520 A1 WO2011116520 A1 WO 2011116520A1 CN 2010071254 W CN2010071254 W CN 2010071254W WO 2011116520 A1 WO2011116520 A1 WO 2011116520A1
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WO
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formula
cellulosic biomass
catalyst
organic
hydrolysis
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PCT/CN2010/071254
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Inventor
朱作霖
孙萌
苏春高
叶红平
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淮北中润生物能源技术开发有限公司
美国升阳制药公司
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C41/00—Preparation of ethers; Preparation of compounds having groups, groups or groups
    • C07C41/01—Preparation of ethers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C37/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring
    • C07C37/01—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring by replacing functional groups bound to a six-membered aromatic ring by hydroxy groups, e.g. by hydrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23V—INDEXING SCHEME RELATING TO FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES AND LACTIC OR PROPIONIC ACID BACTERIA USED IN FOODSTUFFS OR FOOD PREPARATION
    • A23V2002/00—Food compositions, function of food ingredients or processes for food or foodstuffs

Definitions

  • the present invention relates to a novel cellulosic biomass refining process, and more particularly to a process for the simultaneous hydrolysis of all organic polymers in cellulosic biomass to small molecule organics. Background technique
  • the "Cellulose Biomass Refining" product is used in the fields of chemicals, food additives, pesticides and fertilizers, and extends to buildings, automobiles, clothing, furniture, electronics, medical devices, and so on.
  • the direct impact of these products in the fields of construction, automobiles, clothing, furniture, electronics, medical devices, etc., is that carbon dioxide from the atmosphere does not return to the atmosphere, equivalent to the recovery of carbon dioxide from the atmosphere.
  • the promotion and use of a wide range of technologies will make it unnecessary for humans to worry about the use of fossil energy. Because of the use of fossil energy, enough carbon dioxide in the atmosphere will help the growth of green plants.
  • This method of carbon dioxide recovery through the "cellulose-based biomass refining" technology is far superior to the carbon dioxide in the underground. Because of the underground carbon dioxide leak caused by earthquakes and other reasons, no one can predict. There is no scientific assessment of the risk of sudden increases in carbon dioxide concentrations in the atmosphere.
  • the currently known cellulose biomass hydrolysis techniques are all stepwise hydrolysis, and so far there is no method and technique for hydrolyzing lignin, which requires a large amount of separation and pretreatment of the respective components. The energy, the amount of waste generated, and the rate of organic carbon loss are too large.
  • a first object of the present invention is to provide a method for simultaneously synchronizing all organic polymer components in cellulosic biomass without requiring a pretreatment step and without requiring multiple steps to separate different types of organic polymers in the cellulosic biomass.
  • a second object of the present invention is to provide a use of a catalyst capable of simultaneously hydrolyzing all organic high polymer components in cellulosic biomass to small molecule organic compounds and avoiding the loss of organic carbon during hydrolysis.
  • the present invention provides a cellulosic biomass refining process for simultaneously hydrolyzing not less than 85% by weight of an organic polymer in a cellulosic biomass to a small molecule organic matter, the weight being calculated based on the total weight of the cellulosic biomass.
  • not less than 90% by weight of the organic polymer in the cellulosic biomass is simultaneously hydrolyzed to small molecules of organic matter, the weight being calculated based on the total weight of the cellulosic biomass.
  • not less than 99% by weight of the organic polymer in the cellulosic biomass is simultaneously hydrolyzed to small molecules of organic matter, the weight being calculated based on the total weight of the cellulosic biomass.
  • the simultaneous hydrolysis is catalytic hydrolysis, and the catalyst used in the catalytic hydrolysis is selected from the group consisting of Formula 1 or Formula 2:
  • M means metal, carbon, or silicon
  • S indicates a hetero atom
  • L represents one or more ligands
  • the hetero atom is selected from “oxygen 0", “sulfur S", or “nitrogen N,”.
  • the catalyst may also be a substance having water solubility and which can be converted into a “form one" or “form two” structure upon entering the aqueous phase.
  • the said can be converted into "form one” or “form two” "The substance of the structure is a water-soluble metal inorganic salt, a metal organic acid salt or a combination thereof.
  • the cellulose biomass refers to all cellulose-containing biomass, including But not limited to:
  • the cellulosic biomass is selected from the group consisting of:
  • Crop waste such as corn stover, sorghum straw, wheat straw, bean straw, rapeseed, peanut meal, potato meal, herbaceous fruit meal, and cotton straw; or
  • the main organic polymer contained in the cellulose biomass is cellulose, lignin, hemicellulose, protein, and the like.
  • the simultaneous hydrolysis is carried out in the presence of a basic substance.
  • the basic substance is ammonia water, a hydroxide of a metal, an oxide of an alkali metal, an inorganic base of a metal carbonate, or an organic base of various ammonia.
  • the small molecule organics are monosaccharides and polysaccharides, organic carboxylic acids, phenols and substituted phenols, amino acids, cyclopentanone and cyclopentanol.
  • Another aspect of the invention provides the use of a catalyst for the simultaneous hydrolysis of all organic polymers in cellulosic biomass to small molecules of organic matter;
  • the catalyst is selected from the group consisting of the formula 1 or the formula 2: In the formula,
  • M means metal, carbon, or silicon
  • S indicates a hetero atom
  • L means one or more ligands
  • Figure 1 is a prior art known cellulose biomass refining process. There are many steps, pre-treatment, separation of components, single product, and high cost.
  • Fig. 2 is a liquid chromatogram of an organic acid product obtained by the simultaneous hydrolysis method of a cellulosic biomass (wheat straw) organic polymer of the present invention.
  • FIG. 3 is a GCMS of aromatic compound product obtained by simultaneous hydrolysis of cellulosic biomass (wheat straw) organic polymer of the present invention. Chromatogram.
  • Second-order temperature rise 30 degrees / minute Increase to: 280 degrees Retention time: 6 minutes.
  • the invention provides a cellulosic biomass refining method for simultaneously hydrolyzing not less than 85% by weight of an organic polymer in a cellulosic biomass to a small molecule organic substance, wherein the weight is calculated based on the total weight of the cellulosic biomass.
  • the weight is calculated based on the total weight of the cellulosic biomass.
  • not less than 90% by weight of the organic polymer in the cellulosic biomass is simultaneously hydrolyzed to small molecules of organic matter, the weight being calculated based on the total weight of the cellulosic biomass.
  • not less than 99% by weight of the organic polymer in the cellulosic biomass is simultaneously hydrolyzed to small molecules of organic matter, the weight being calculated based on the total weight of the cellulosic biomass.
  • all of the organic polymer in the cellulosic biomass can be simultaneously hydrolyzed to a small molecule of organic matter, the weight being calculated based on the total weight of the cellulosic biomass.
  • the "organic polymer” (i.e., the organic high polymer component) includes cellulose, lignin, hemicellulose, protein, or a combination thereof.
  • small molecule organic matter is a term well known in the art, and as a hydrolyzate, the kind and yield are determined depending on the specific composition of the cellulosic biomass.
  • the "small molecule organics” include, but are not limited to, monosaccharides and polysaccharides, organic carboxylic acids, phenols and substituted phenols, amino acids, cyclopentanone, and cyclopentanol.
  • the "monosaccharides and polysaccharides, organic carboxylic acids, phenols and substituted phenols, amino acids, cyclopentanone and cyclopentanol” are hydrolysates well known to those skilled in the art.
  • the substituted phenols include, but are not limited to, o-methoxyphenol, 2,6-dimethoxyphenol, catechol, p-ethyl catechol, and the like.
  • the invention adopts a completely new technical concept, does not carry out the cellulose biomass pretreatment step, does not require multi-step separation of different kinds of organic high polymers in the cellulose biomass, but synchronously takes all the organic high in the cellulose biomass.
  • the technique of hydrolyzing a polymer component into a small molecule organic compound avoids the loss of organic carbon during the hydrolysis process.
  • Cellulose biomass The cellulosic biomass of the present invention is well known in the art.
  • the cellulosic biomass is defined as: a cellulose-containing biomass whose main organic polymer component is cellulose, Lignin, hemicellulose, and protein.
  • common cellulosic biomass includes various woody and herbaceous plants such as hardwood, cork, bark, leaves, roots, rattan, weeds, reeds, bamboo, aquatic plants; agriculture, forestry, vegetables and Cellulose-containing scraps from the fruit processing industry, manure from various animals rich in cellulose, and cellulose-containing scraps from the Chinese medicine processing industry; crop waste such as corn stover, sorghum straw, wheat straw, bean straw, Rapeseed straw, peanut meal, potato meal, herbaceous fruit meal, and cotton straw, and more importantly, there are no methods and techniques for hydrolyzing lignin so far, but the simultaneous hydrolysis method of the present invention refers to all cellulose production. High polymers in matter, including lignin. catalyst
  • the catalyst is provided with:
  • M metal, carbon, silicon.
  • S indicates a hetero atom such as "oxygen 0”, “sulfur S”, “nitrogen N”, etc.;
  • L indicates a ligand, which may be one or more
  • H means hydrogen.
  • the inventors of the present invention have provided a novel catalytic system in which the first embodiment is a reduced state catalyst and the second embodiment is an oxidation state, and the two can be converted into each other. Unlike the conventional catalyst, the oxidation state of the conventional catalyst remains unchanged during the catalytic process, but in the catalyst system of the present invention, since the bond requiring catalytic hydrolysis includes an acetal bond, an ether bond, etc., a bond hydrolysis needs to be reduced. In the state, the hydrolysis is completed and oxidized; the other bond requires oxidative catalyzed hydrolysis, and the hydrolyzed catalyst is reduced, and the two promote each other, also called mutual catalysis.
  • the catalyst system was first discovered in the world. That is to say, we can understand that the formula 1 is added to the reaction, and it will be converted into the substance of the formula II in the reaction. Otherwise, the formula 2 will be converted into the formula 1.
  • the metal is not particularly limited as long as it does not affect the conversion of the acetal bond and the ether bond of the present invention.
  • the ligand may be one or plural.
  • the ligand is not particularly limited as long as it does not affect the conversion of the acetal bond and the ether bond of the present invention. Since the compound of the formula I and the compound of the formula 2 can be converted into each other, we understand that the catalyst can be:
  • It also includes substances that have water solubility and can be converted into a "form one" structure when entering the aqueous phase.
  • a metal hydrochloride salt is specifically, for example, copper chloride, palladium chloride, platinum chloride, nickel chloride or the like. It may also be a metal organic acid salt such as mercury acetate, copper acetate or the like.
  • the various types of catalyst systems used in the present invention are illustrated as follows:
  • L-M S type catalyst.
  • an organic substance such as an anthraquinone compound
  • DDQ 2,3-dichloro-5,6-dicyanobenzoquinone
  • the amount of the catalyst is generally 0.1%-100 (corresponding to the weight ratio of the cellulose biomass, calculated by the molecular weight of the compound of the formula or the compound of the formula), and the amount of the catalyst not in this interval can also catalyze the reaction. It is carried out, but the amount of the catalyst is lower than this range, and the reaction is slow, which is not preferable; the amount of the catalyst higher than this range is too high and is not preferable.
  • the amount of the catalyst is generally from 0.1% to 5%.
  • a certain amount of a base is generally added to the hydrolysis reaction to neutralize the organic acid produced in the reaction.
  • All bases can be used, including inorganics and organics.
  • the inorganic substances include ammonia water, metal hydroxides, alkali metal oxides, metal carbonates, and the like; and organic bases include various ammonia.
  • the amount of the basic substance to be used is not particularly limited as long as it does not affect the conversion of the acetal bond and the ether bond of the catalyst of the present invention.
  • the reaction temperature for simultaneous hydrolysis of cellulosic biomass is generally above 100 ° C and below 280 ° C.
  • the hydrolysis reaction below 100 ° C is too slow, which is not preferred; above the reaction temperature of 280 ° C, partial carbonization and gasification of organic carbon may occur, which is also not preferred.
  • 160-270 Preferably, 160-270.
  • the pressure of the hydrolysis reaction is generally between atmospheric pressure and 10 MPa.
  • the guidelines for pressure selection are as follows: During the hydrolysis reaction, the hydrolysis reaction system is in a liquid state. Too high a pressure increases the cost of the hydrolysis reaction. Preferably it is 1 to 7 MPa.
  • the above reaction conditions are only partial reaction conditions of the present invention, and according to the above examples, those skilled in the art can achieve simultaneous hydrolysis by adjusting various other parameters.
  • Crush dry wheat straw (about 2 mm in size, containing 42% cellulose, 21% lignin, 20% hemicellulose) solid 100 g, 1 g sodium perrhenate, 900 ml 6% sodium hydroxide solution, all It was added to a 1000 ml stainless steel high-pressure reactor, and the reaction system was sealed, heated to a temperature of 260 ° C, kept for 3 hours, and then cooled back to room temperature. The pressure before and after the reaction did not change significantly. After the reaction mixture product was taken out, the reactor was washed twice with a small amount of pure water, and no blot of the carbonization reaction was found in the reaction vessel.
  • the reaction mixture and the washing liquid were combined, filtered, and the filter residue was washed twice with a small amount of pure water and dried in a vacuum.
  • the weight was 7 g (ash content 17%) and the unhydrolysis rate was 7%.
  • the product was mainly lactic acid, hydroxybutyric acid, succinic acid, formic acid, acetic acid, etc., as shown in FIG. .
  • the macroporous adsorption resin DA201C column was eluted with 500 ml of absolute ethanol, and the obtained aromatic hydrocarbon compound was desorbed with ethanol, and the weight was 16 g (yield 16%).
  • the product was mainly phenol, o-methoxyphenol. , 2,6-dimethoxyphenol, catechol, p-ethyl catechol, etc., as shown in FIG. 7% ⁇
  • the total yield of the biomass was 86.7%
  • Example 2 Hydrolysis of wheat straw [Catalyst: Mercury trifluoroacetate Hg (0C0CF 3 ) 2 ] A catalyst capable of being converted into LM-0H in water
  • Example 2 The reaction procedure is the same as in Example 1.
  • Crush dry wheat straw (about 2 mm in size, containing 42% cellulose, 21% lignin, 20% hemicellulose) solid 100 g, 1 g of mercury trifluoroacetate, 900 ml of 6% sodium hydroxide solution, all It was added to a 1000 ml stainless steel high-pressure reactor, and the reaction system was sealed, heated to a temperature of 260 ° C, kept for 3 hours, and then cooled back to room temperature. The pressure before and after the reaction did not change significantly. After the reaction mixture product was taken out, the reactor was washed twice with a small amount of pure water, and no blot of the carbonization reaction was found in the reaction vessel.
  • the reaction mixture and the washing liquid were combined, filtered, and the filter residue was washed twice with a small amount of pure water and dried in a vacuum.
  • the weight was 3 g (19% ash content) and the unhydrolyzed rate was 3%.
  • the aqueous solution obtained after filtration, hydrochloric acid adjusted pH 2. 5-3. 5, over 140 grams of nonionic macroporous adsorption resin DA201C
  • the column (inner diameter 3 cm) was washed with 200 ml of pure water, and the aqueous solution was combined and dehydrated.
  • the obtained solid was extracted with absolute ethanol to obtain 57 g of an organic acid mixture (yield 57%), and the product was mainly lactic acid.
  • the solvent is a 50% aqueous methanol solution (volume ratio), and the solution is dissolved in 4.9 g of manganese acetate tetrahydrate (2 mmol), and 7.68 g of the ligand (2 mmol), and then 30% is added dropwise.
  • An aqueous solution of potassium hydroxide (4 mmol for converting the phenolic hydroxyl group of the ligand to a potassium salt). After refluxing for 50 minutes, the product was obtained as a yellow brown solid which was washed several times with 50% aqueous methanol and dried in vacuo. Elemental analysis: Manganese (Mn) 12.18%, Carbon (C) 52.63%, Nitrogen (N) 6. 38%.
  • the simultaneous hydrolysis reaction procedure is the same as in Example 1.
  • Crush dry wheat straw (about 2 mm in size, containing 42% cellulose, 21% lignin, 20% hemicellulose) solid 100 g, 1 g L-Mn-OH catalyst, 900 ml 6% sodium hydroxide solution All were added to a 1000 ml stainless steel high pressure reactor, and the reaction system was sealed, heated to 260 ° C, kept for 3 hours, and then cooled back to room temperature. The pressure before and after the reaction did not change significantly. After the reaction mixture product was taken out, the reactor was washed twice with a small amount of pure water, and no blot of the carbonization reaction was found in the reaction vessel.
  • the reaction mixture and the washing liquid were combined, filtered, and the filter residue was washed twice with a small amount of pure water and dried in a vacuum.
  • the weight was 8 g (ash content 15%) and the unhydrolyzed rate was 8%.
  • the product was mainly lactic acid, hydroxybutyric acid, succinic acid, formic acid, acetic acid, and the like.
  • the macroporous adsorption resin DA201C column was eluted with 500 ml of absolute ethanol, and the obtained aromatic hydrocarbon compound was dehydrated with ethanol, and the weight was 13 g (yield 13%).
  • the product was mainly phenol or o-methoxyphenol. , 2,6-dimethoxyphenol, catechol, p-ethyl catechol, and the like. 5% ⁇ The total yield was 73.5%.
  • Example 2 Crush dry wheat straw (about 2 mm in size, containing 42% cellulose, 21% lignin, 20% hemicellulose) solid 100 g, 1 g DDQ, 900 ml 6% sodium hydroxide solution, all added to one
  • a 1000 ml stainless steel high-pressure reactor the reaction system was sealed, heated to a temperature of 260 ° C, kept for 3 hours, and then cooled back to room temperature. The pressure before and after the reaction did not change significantly. After the reaction mixture product was taken out, the reactor was washed twice with a small amount of pure water, and no blot of the carbonization reaction was found in the reaction vessel.
  • the reaction mixture and the washing liquid were combined, filtered, and the filter residue was washed twice with a small amount of pure water and dried in a vacuum.
  • the weight was 9 g (ash content 11%) and the unhydrolysis rate was 9%.
  • Example 2 Crush dry wheat straw (about 2 mm in size, containing 42% cellulose, 21% lignin, 20% hemicellulose) solid 100 g, 1 g ⁇ , 900 ml 6% sodium hydroxide solution, all added to In a 1000 ml stainless steel high-pressure reactor, the reaction system was sealed, heated to a temperature of 260 ° C, kept for 3 hours, and then cooled back to room temperature. The pressure before and after the reaction did not change significantly. After the reaction mixture product was taken out, the reactor was washed twice with a small amount of pure water, and no blot of the carbonization reaction was found in the reaction vessel.
  • the reaction mixture and the washing liquid were combined, filtered, and the filter residue was washed twice with a small amount of pure water and dried in a vacuum. Drying, analysis showed that the weight of the filter residue was 7 g (the ash content was 11%), and the unhydrolyzed rate was 7%.
  • Example 6 Catalytic simultaneous hydrolysis of different cellulosic biomass
  • the catalyst was palladium acetate [Pd (0Ac) 2 ], and the results are shown in the following table.

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Description

纤维素生物质同步水解精炼方法 技术领域
本发明涉及一种全新的纤维素生物质精炼方法，更具体地说涉及一种能够将纤 维素生物质中的所有有机聚合物同步水解为小分子有机物的方法。 背景技术
全球暖化和化石能源物质的枯竭， 是当前人类生存和发展过程中面临的巨大 挑战， 特别是进入本世纪后， 人类对化石能源如煤炭、 石油、 天然气， 等不可 再生性能源的消耗速度迅速增长， 当前人类生活的最重要工业一化工工业所使 用的有机碳原材料， 基本上全部来源于化石能源物质。 纤维素生物质是每年再 生的有机碳源， 发明高转化率的纤维素生物质精炼技术， 用于制备芳香化合物 和液体燃料、 及其它化工原材料， 对人类来说具有重大意义。
是支撑人类生存发展的关键技术
化石能源物质 (石油和煤炭）的枯竭， 是肯定会出现在人类面前的。 当前人类 赖以生存的化工工业， 在化石能源物质枯竭后， 如何对化工工业保障有机碳原 材料的供应， 将对人类的生存和发展产生极其重大的影响。 谁先掌握了以纤维 素生物质为原材料的化工工业生产技术和工艺， 不仅将在未来的全球竞争中处 于有利地位， 由于同时为人类找到了持续生存和发展的关键技术支撑， 国家的 文化影响力会上升。
是解决全球暖化的关键技术
"纤维素生物质精炼 "产品的使用方向是化工、 食品添加剂、 农药和化肥、 等领域， 延伸于建筑、 汽车、 衣服、 家具、 电子产品、 医疗器械、 等等。 这些 在建筑、 汽车、 衣服、 家具、 电子产品、 医疗器械等领域产品的使用， 直接的 影响是， 来自于大气中的二氧化碳， 不再回到大气中， 相当于从大气回收二氧 化碳。 大范围技术的推广和使用， 将使得人类不用再担心化石能源的使用， 因 为化石能源的使用， 大气中足够的二氧化碳会协助绿色植物的生长。 通过 "纤 维素生物质精炼" 技术这种二氧化碳回收方式， 远远优于压存二氧化碳于地下 。 因为， 地震等原因造成的地下二氧化碳泄漏， 没有人能够预测。 大气中突然 的二氧化碳浓度升高的危险， 还没有科学评估。
是解决三农问题的关键技术 三农问题的关键是就业和收入。
"纤维素生物质精炼" 的产业化发展， 不仅能够将原来的农作物秸秆进行高 附加值产品的转化， 大幅提高农业人口的收入；
大多数情况下， 不适合长谷物的地方可以长草和芦苇等。 这样， 可种植面积 大幅提高， 并且， 很多草的生长， 田间管理的难度和强度远远小于谷物油脂和 糖类植物， 可以实现投入少、 产出多， 进一步提高农业人口的收入， 同时降低 了农业人口的劳动强度。
是解决环境污染、 和能源短缺的关键技术
和石油化工及煤化工不同， 纤维素生物质精炼的化工生产技术必须做到原料 的全面综合利用， 才能保证赢利。
俗话说的 "吃干搾尽" ， 保证了纤维生物化工本身不产生污染物。 纤维素生 物质精炼的化工，液体燃料产品不含硫 (S)和氮 (N)。来自化石和煤炭的液体燃料， 其中所含有的硫 (S)和氮 (N)组分，均是芳香化合物，将它们彻底脱除是不可能的， 燃烧产生的氧化硫和氧化氮， 是最主要的环境污染物。
如附图 1所示， 当前已知的纤维素生物质水解技术， 全部是分步水解， 且迄 今为止还没有水解木质素的方法和技术， 由于各个组分的分离和预处理， 需要耗 费大量的能量、 会产生大量的废弃物、 和造成有机碳的损失率过大。
因此， 本领域迫切需要一种可以提供一种不需要预处理步骤、不需要多步分 离纤维素生物质中不同种类的有机高聚物、就能够同步将纤维素生物质中的所有 有机高聚物成分水解为小分子的有机化合物的技术，并避免在水解过程中出现有 机碳的损失。 发明内容
本发明的第一目的在于提供一种不需要预处理步骤、不需要多步分离纤维素 生物质中不同种类的有机高聚物、就能够同步将纤维素生物质中的所有有机高聚 物成分水解为小分子的有机化合物的技术，并避免在水解过程中出现有机碳的损 失。
本发明的第二目的在于提供一种催化剂的用途， 其能够同步将纤维素生物质 中的所有有机高聚物成分水解为小分子的有机化合物，并避免在水解过程中出现 有机碳的损失。 本发明提供一种纤维素生物质精炼方法，将纤维素生物质中不低于 85重量％ 的有机聚合物同步水解为小分子的有机物，所述重量以纤维素生物质的总重量计 算。
在一优选例中，将纤维素生物质中不低于 90重量％的有机聚合物同步水解为 小分子的有机物， 所述重量以纤维素生物质的总重量计算。
在一优选例中，将纤维素生物质中不低于 99重量％的有机聚合物同步水解为 小分子的有机物， 所述重量以纤维素生物质的总重量计算。 在本发明的一个具体实施方式中， 所述同步水解为催化水解， 所述的催化水 解采用的催化剂选自式一、 或式二所 ：
Μ ΐ—— S Η 或者
Figure imgf000004_0001
式一 式二
分子式中，
" M"表示金属、 碳、 或硅；
" S "表示杂原子；
" L "表示一个或多个配体；
" H "表示氢。 在本发明的一个具体实施方式中， 所述杂原子选自 "氧 0 "、 "硫 S "、或"氮 N，， 。 在本发明的一个具体实施方式中， 所述的催化剂也可以是具备水溶性、 且在 进入水相可被转化为 "式一" 或 "式二" 结构的物质。 在本发明的一个具体实施方式中， 所述可被转化为 "式一" 或 "式二" 结构 的物质是水溶性金属无机盐类、 金属有机酸盐类或其组合。 在本发明的一个具体实施方式中，所述的纤维素生物质是指所有的含纤维素 的生物质， 包括但不限于：
木本植物； 草本植物；
农业、 林业、 蔬菜与水果加工业的含纤维素的下脚； 、
各种动物的粪便；
中药加工产业的含纤维素的下脚料；
农作物的废弃物；
或其组合。 在一优选例中， 所述纤维素生物质选自：
硬木、 软木、 树皮、 树叶、 树根、 藤条、 野草、 芦苇、 竹子、 水生植物； 或 农、 林、 蔬菜与水果加工业的含纤维素的下脚料、 各种动物的粪便、 和中药 加工产业的含纤维素的下脚料；
农作物的废弃物如玉米秸秆、 高粱秸秆， 麦秸、 豆秸、 油菜秸、 花生秧、 薯 类的秧、 草本水果秧、 和棉花秸； 或
上述生物质的混合物。 在一优选例中， 所述的纤维素生物质所含有的主要有机高聚物为纤维素、木 质素、 半纤维素、 蛋白质、 等。 在本发明的一个具体实施方式中， 所述同步水解在碱性物质存在下进行。 在一优选例中， 所述碱性物质是氨水、 金属的氢氧化物、 碱金属的氧化物、 金属的碳酸盐的无机碱， 或各种氨的有机碱。 在本发明的一个具体实施方式中， 所述的小分子的有机物是单糖和多聚糖、 有机羧酸、 苯酚和取代酚类、 氨基酸、 环戊酮和环戊醇。 本发明另一方面提供一种催化剂的用途， 所述催化剂用于将纤维素生物质中 所有的有机聚合物同步水解为小分子的有机物；
其中所述催化剂选自式一、 或式二所示的物质：
Figure imgf000005_0001
分子式中，
"M"表示金属、 碳、 或硅；
" S "表示杂原子；
"L"表示一个或多个配体；
"H"表示氢。 附图概述
图 1为现有技术的已知的纤维素生物质精炼工艺流程。 其步骤多， 需要预处 理、 及组分分离， 产物单一， 成本高昂。
图 2为本发明的纤维素生物质（麦秸)有机聚合物同步水解方法所得有机酸产 品的液相色谱图。
仪器型号： Agi lent HPLC 1200
色谱柱： SB-AQ反相柱
检测器： DAD检测器 检测波长： 210nm
流动相： 磷酸二氢钠水溶液 0. 025M 流速： 0. 6ml/min 进样量： 5 w L 图 3为本发明的纤维素生物质（麦秸)有机聚合物同步水解法所得芳香化合物 产品的 GCMS色谱图。
仪器型号： Agi lent GC 7890A
检测器： Agi lent MSD 5975C
色谱柱： DB-5
升温： 初始值： 60度 一阶升温： 2度 /分 升至： 200度 保留时间： 5 分钟
二阶升温： 30度 /分 升至： 280度 保留时间： 6分钟。 本发明的最佳实施方案
本发明人经过广泛而深入的研究， 发明了一种全新的催化体系， 获得了一 种不需要预处理步骤、 不需要多步分离纤维素生物质中不同种类的有机高聚物、 就能够同步将纤维素生物质中的所有有机高聚物成分水解为小分子的有机化合 物的技术， 避免在水解过程中出现有机碳的损失。 在此基础上完成了本发明。 以下对本发明的各个方面进行详述: 如无具体说明， 本发明的各种原料均可以通过市售得到； 或根据本领域的常 规方法制备得到。除非另有定义或说明， 本文中所使用的所有专业与科学用语与 本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方 法及材料皆可应用于本发明方法中。 同歩水解
本发明提供的纤维素生物质精炼方法，将纤维素生物质中不低于 85重量％的 有机聚合物同步水解为小分子的有机物，所述重量以纤维素生物质的总重量计算 在一优选例中，将纤维素生物质中不低于 90重量％的有机聚合物同步水解为 小分子的有机物， 所述重量以纤维素生物质的总重量计算。
在一优选例中，将纤维素生物质中不低于 99重量％的有机聚合物同步水解为 小分子的有机物， 所述重量以纤维素生物质的总重量计算。
最优选地， 可以将纤维素生物质中所有的有机聚合物同步水解为小分子的有 机物， 所述重量以纤维素生物质的总重量计算。
本发明中， 所述 "有机聚合物" （也即有机高聚物组分）包括纤维素、 木质素、 半纤维素、 蛋白质或其组合。
本发明中， 本领域技术人员可以理解， 所述的 "小分子的有机物" 是本领域 所公知的术语， 作为水解产物， 其种类和产率是根据纤维素生物质的具体成分而 定。 所述 "小分子的有机物"包括但不限于单糖和多聚糖、 有机羧酸、 苯酚和取 代酚类、 氨基酸、 环戊酮和环戊醇。 所述的 "单糖和多聚糖、 有机羧酸、 苯酚和 取代酚类、 氨基酸、 环戊酮和环戊醇"是本领域技术人员所熟知的水解产物。 所 说的取代酚类包括但不限于邻甲氧基苯酚、 2， 6-二甲氧基苯酚、 邻苯二酚、 对 乙基邻苯二酚、 等等。 本发明采取了全新的技术构思， 不进行纤维素生物质预处理步骤、不需要多 步分离纤维素生物质中不同种类的有机高聚物、而是同步将纤维素生物质中的所 有有机高聚物成分水解为小分子的有机化合物的技术，避免在水解过程中出现有 机碳的损失。 纤维素生物质 本发明的纤维素生物质（l ignocel lulose)是本领域公知的， 具体地， 所述纤 维素生物质的定义是： 含有纤维素的生物质， 其主要有机高聚物组分为纤维素、 木质素、 半纤维素、 和蛋白质等。 一般来说， 常见的纤维素生物质包括各种木本 和草本植物， 如硬木， 软木， 树皮、 树叶、 树根、 藤条， 野草， 芦苇， 竹子， 水 生植物； 农、 林、 蔬菜与水果加工业的含纤维素的下脚料、 富含纤维素的各种动 物的粪便、 和中药加工产业的含纤维素的下脚料； 农作物的废弃物如玉米秸秆、 高粱秸秆， 麦秸、 豆秸、 油菜秸、 花生秧、 薯类的秧、 草本水果秧、 和棉花秸、 更重要的是， 迄今为止还没有水解木质素的方法和技术， 但是本发明的同步 水解方法是指所有的纤维素生物质中的高聚物， 包括木质素。 催化剂
在本发明的一个实施方式中， 所述的催化剂具备以 :
Μ ΐ—— S Η 或者
Figure imgf000008_0001
式一 式二
分子式中，
"M"表示金属、 碳、 硅。
" S "表示杂原子如 "氧 0 " 、 "硫 S " 、 "氮 N " 等；
" L "表示配体， 可以是一个、 也可以是多个；
" H"表示氢。 本发明的发明人提供了一种全新的催化体系， 式一是还原态的催化剂、 式二 是氧化态， 两者之间可以互相转化。 和传统的催化剂不同， 传统催化剂在催化过 程中的氧化态保持不变， 但是在本发明的催化剂系统， 由于需要催化水解的键包 括缩醛键、 醚键、 等等， 一种键水解需要还原态， 水解完成被氧化； 另一种键需 要氧化态催化水解， 水解完催化剂被还原， 两者互相促进， 也叫互促催化， 全球 第一次发现这种催化体系。 也就是说， 我们可以理解反应中加入的是式一， 在反 应中会被转化为式二的物质， 反之， 式二会转化为式一。
所述金属没有具体限制， 只要不对本发明的缩醛键和醚键的转换造成影响即 可。 例如， 包括但不限于铜、 钯、 铂、 镍、 汞及其上述金属的同族元素。 所述配体可以是一个， 也可以是多个。 所述配体没有具体限制， 只要不对本 发明的缩醛键和醚键的转换造成影响即可。 由于式一化合物和式二化合物可以互相转化， 因此， 我们理解， 所述催化剂 可以是：
本身具备式一结构的化合物；
本身具备式二结构的化合物；
还包括具备水溶性， 在进入水相可以被转化为 "式一" 结构的物质。
还包括具备水溶性， 在进入水相可以被转化为 "式二" 结构的物质。 更具体地例如， 金属盐酸盐， 具体举例如氯化铜、 氯化钯、 氯化铂、 氯化镍 等等。 还可以是金属有机酸盐， 如醋酸汞、 醋酸铜等等。 所述有机酸盐还可以是 其它水溶性有机酸盐，但是其必须是水溶性的，溶解到水中能够被转化为 L-M-0H 或者 L-M=0。 如果不具备水溶性、 或无法转化为式一或式二的物质不是催化剂。
Figure imgf000009_0001
本发明使用的各种类型的催化剂体系举例说明如下：
L-M=S类催化剂。 例如高铼酸钠， 其常态下稳定式是 L-Re=0， 其它元素均为 配体；
L-M-SH类催化剂。 例如使用配体和金属盐制备该类催化剂， M=Mn， L是大配 体， -0H来自溶剂水;
在水中转化为 L-M-SH类的催化剂。 例如三氟醋酸汞， 其本身不是式一、 式二 的物质， 但是在水中能够迅速转化为 L-M-0H类的催化剂， M=Hg， OH来自水； 可以使用有机物， 如醌类化合物。 例如 2， 3-二氯 -5， 6-二氰基苯醌（DDQ)， 本身常态下的稳定结构是 L-M=S结构， M=C ; 又如蒽醌， 常态下的稳定结构是 L-M-SH, M=C。 催化剂的用量一般为 0. 1%-100 (对应于纤维素生物质地重量比， 以式一化合 物或式二化合物的分子量计算）， 不在这个区间的催化剂用量也可以催化反应的 进行， 但是低于这个区间的催化剂用量， 反应较慢， 不优选； 高于这个区间的催 化剂用量， 成本太高， 也不优选。
更优选地， 催化剂的用量一般为 0. 1%-5%。 碱性物质
由于水解反应过程中会产生一部分有机酸， 为了保证反应的正常进行， 水解 反应中一般加入一定量的碱，以中和反应中产生的有机酸。所有的碱都可以使用， 包括无机物和有机物。 无机物包括氨水、 金属的氢氧化物， 碱金属的氧化物， 金 属的碳酸盐等； 有机碱包括各种氨。
所述碱性物质的用量没有具体限制， 只要不对本发明的催化剂的缩醛键和醚 键的转换造成影响即可。
具体地包括但不限于： 10%— 200%; 优选 20— 90 %， 以纤维素生物质的用量 计算。 反应条件
在本发明的一个实施方式中，纤维素生物质同时水解的反应温度一般为高于 100° C、 低于 280° C。 低于 100° C的水解反应太慢， 不优选； 高于 280° C的反应 温度， 会出现部分有机碳的碳化和气化反应， 也不优选。 优选地， 160— 270。
水解反应的压力一般为常压到 10兆帕之间， 压力选择的指导方针为： 在水 解反应的过程中， 水解反应体系处于液体状态。太高的压力则增加水解反应的成 本。 优选地 1一 7兆帕。 上述反应条件只是本发明部分反应条件， 根据上述例子， 本领域技术人员可以 通过调整不同的其它参数来实现同步水解。
本发明的其他方面由于本文的公开内容， 对本领域的技术人员而言是显而易 见的。
下面结合具体实施例， 进一步阐述本发明。 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。 下列实施例中未注明具体条件的实验方法， 通常按照国家标准测定。 若没有相应的国家标准， 则按照通用的国际标准、 常规 条件、 或按照制造厂商所建议的条件进行。 除非另外说明， 否则所有的份数为重 量份， 所有的百分比为重量百分比， 所述的聚合物分子量为数均分子量。 下面所给出的实施例是为了更好地说明本发明，并不是说本发明所揭示的内 容仅限于下面的实施例。本发明所揭示的催化剂， 包括所有符合上面所述结构的 物质。
实施例 1 : 麦秸的水解（催化剂： 高铼酸钠 NaReO4) L-M=0类催化剂
粉碎干燥的麦秸（粒度 2毫米左右， 含纤维素 42%、 木质素 21%、 半纤维素 20%)固体 100克， 1克的高铼酸钠， 900毫升的 6%氢氧化钠水溶液， 全部加入到 一个 1000毫升的不锈钢高压反应器内， 密封反应体系， 加热到 260° C温度， 保 温 3个小时后冷却回室温，反应前后的压力没有明显变化。取出反应混合产物后， 反应器用少量的纯水洗两次， 反应釜内未发现任何碳化反应的印迹， 合并反应混 合物和洗涤液体， 过滤， 滤渣用少量的纯水洗两次后真空干燥， 分析发现滤渣重 量为 7克（灰分含量 17%)， 未水解率为 7%。 过滤后得到的水溶液， 盐酸调节 pH=2. 5-3. 5之间， 过 140克非离子大孔吸附树脂 DA201C柱（内径 3厘米）， 再用 200毫升的纯水洗涤吸附柱， 合并水溶液后脱水， 所得固体用无水乙醇提取， 得 到有机酸混合物为 56克（产率 56%)， 产物中主要是乳酸、 羟基丁酸、 丁二酸、 甲酸、 乙酸、 等， 如图 2所示。 水洗后的大孔吸附树脂 DA201C柱， 用 500毫升 的无水乙醇洗脱， 所得芳烃化合物乙醇溶液脱乙醇后， 重量 16克（产率 16%)， 产物中主要是苯酚、 邻甲氧基苯酚、 2， 6-二甲氧基苯酚、 邻苯二酚、 对乙基邻 苯二酚、等，如图 3所示。以纤维素生物质中的有机物含量计算，总产率为 86. 7%
实施例 2 : 麦秸的水解【催化剂： 三氟醋酸汞 Hg (0C0CF3) 2】在水中能够转化 为 L-M-0H类的催化剂
反应操作规程同实施例 1。粉碎干燥的麦秸 (粒度 2毫米左右，含纤维素 42%、 木质素 21%、 半纤维素 20%)固体 100克， 1克的三氟醋酸汞， 900毫升的 6%氢氧 化钠水溶液， 全部加入到一个 1000毫升的不锈钢高压反应器内， 密封反应体系， 加热到 260° C温度， 保温 3个小时后冷却回室温， 反应前后的压力没有明显变化 。 取出反应混合产物后， 反应器用少量的纯水洗两次， 反应釜内未发现任何碳化 反应的印迹， 合并反应混合物和洗涤液体， 过滤， 滤渣用少量的纯水洗两次后真 空干燥， 分析发现滤渣重量为 3克（灰分含量 19%)， 未水解率为 3%。 过滤后得到 的水溶液， 盐酸调节 pH=2. 5-3. 5之间， 过 140克非离子大孔吸附树脂 DA201C 柱（内径 3厘米）， 再用 200毫升的纯水洗涤吸附柱， 合并水溶液后脱水， 所得固 体用无水乙醇提取， 得到有机酸混合物为 57克（产率 57%)， 产物中主要是乳酸、 羟基丁酸、 丁二酸、 甲酸、 乙酸、 等。 水洗后的大孔吸附树脂 DA201C柱， 用 500 毫升的无水乙醇洗脱，所得芳烃化合物乙醇溶液脱乙醇后，重量 18克（产率 18%)， 产物中主要是苯酚、 邻甲氧基苯酚、 2， 6-二甲氧基苯酚、 邻苯二酚、 对乙基邻 苯二酚、 等。 以纤维素生物质中的有机物含量计算， 总产率为 90. 3%。 实施例 3 : 麦秸的水解 【催化剂： L-Mn-0H】 L-M-OH类的催化剂
如下图所示。
Figure imgf000012_0001
溶剂为 50%的甲醇水溶液（体积比），溶液中溶入 4. 9克的四水醋酸锰（2毫摩 尔）， 和 7. 68克的配体（2毫摩尔）， 然后滴加 30%的氢氧化钾水溶液（4毫摩尔， 用于使配体的酚羟基转化为钾盐）。 回流 50分钟后， 过滤出黄棕色固体产物， 产 物用 50%的甲醇水溶液洗涤几次后， 真空干燥。 元素分析： 锰 (Mn) 12. 18%， 碳 (C) 52. 63%，氮（N) 6. 38%。分子式 L- Mn- OH (MnC2。H19N207)理论含量：锰（Mn) 12. 09%, 碳（C) 52. 87%, 氮（N) 6. 17%。 红外（IR， cm— 谱: 421 (w, vMn-0) , 878 (m, yCH) , 991 (m, 6CH) , 1021 (w, vC-O-C) , 1085 (m, 60H) , 1 152 (s， vC— 0)， 1 191 (w， vC— 0— C)， 1273 (vs, vC-N) , 1391 (m, 6CH3) , 1451 (m, 6CH2) , 1600 (vs, vC=C) , 1624 (vs, vC=N) 1679 (m, vC=0)。
同步水解反应操作规程同实施例 1。 粉碎干燥的麦秸 (粒度 2毫米左右， 含 纤维素 42%、 木质素 21%、 半纤维素 20%)固体 100克， 1克的 L-Mn-OH催化剂， 900毫升的 6%氢氧化钠水溶液， 全部加入到一个 1000毫升的不锈钢高压反应器 内， 密封反应体系， 加热到 260° C温度， 保温 3个小时后冷却回室温， 反应前后 的压力没有明显变化。 取出反应混合产物后， 反应器用少量的纯水洗两次， 反应 釜内未发现任何碳化反应的印迹， 合并反应混合物和洗涤液体， 过滤， 滤渣用少 量的纯水洗两次后真空干燥， 分析发现滤渣重量为 8克（灰分含量 15%)， 未水解 率为 8%。 过滤后得到的水溶液， 盐酸调节 pH=2. 5-3. 5之间， 过 140克非离子大 孔吸附树脂 DA201C柱（内径 3厘米）， 再用 200毫升的纯水洗涤吸附柱， 合并水 溶液后脱水， 所得固体用无水乙醇提取， 得到有机酸混合物为 48克（产率 48%)， 产物中主要是乳酸、 羟基丁酸、 丁二酸、 甲酸、 乙酸、 等。 水洗后的大孔吸附树 脂 DA201C柱， 用 500毫升的无水乙醇洗脱， 所得芳烃化合物乙醇溶液脱乙醇后， 重量 13克（产率 13%)， 产物中主要是苯酚、邻甲氧基苯酚、 2， 6-二甲氧基苯酚、 邻苯二酚、 对乙基邻苯二酚、 等。 以纤维素生物质中的有机物含量计算， 总产率 为 73. 5%。 实施例 4: 麦秸的水解【催化剂： 2， 3-二氯 -5， 6-二氰基苯醌， DDQ】 L-M=0 类的催化剂
反应操作规程同实施例 1。粉碎干燥的麦秸 (粒度 2毫米左右，含纤维素 42%、 木质素 21%、 半纤维素 20%)固体 100克， 1克的 DDQ， 900毫升的 6%氢氧化钠水 溶液， 全部加入到一个 1000毫升的不锈钢高压反应器内， 密封反应体系， 加热 到 260° C温度， 保温 3个小时后冷却回室温， 反应前后的压力没有明显变化。 取 出反应混合产物后， 反应器用少量的纯水洗两次， 反应釜内未发现任何碳化反应 的印迹， 合并反应混合物和洗涤液体， 过滤， 滤渣用少量的纯水洗两次后真空干 燥， 分析发现滤渣重量为 9克（灰分含量 11%)， 未水解率为 9%。 过滤后得到的水 溶液， 盐酸调节 pH=2. 5-3. 5之间， 过 140克非离子大孔吸附树脂 DA201C柱（内 径 3厘米）， 再用 200毫升的纯水洗涤吸附柱， 合并水溶液后脱水， 所得固体用 无水乙醇提取， 得到有机酸混合物为 45克（产率 45%)， 产物中主要是乳酸、 羟 基丁酸、 丁二酸、 甲酸、 乙酸、 等。 水洗后的大孔吸附树脂 DA201C柱， 用 500 毫升的无水乙醇洗脱，所得芳烃化合物乙醇溶液脱乙醇后，重量 13克（产率 13%)， 产物中主要是苯酚、 邻甲氧基苯酚、 2， 6-二甲氧基苯酚、 邻苯二酚、 对乙基邻 苯二酚、 等。 以纤维素生物质中的有机物含量计算， 总产率为 69. 8%。 实施例 5 : 麦秸的水解 【催化剂： 蒽醌】 L-M-0H类的催化剂
反应操作规程同实施例 1。粉碎干燥的麦秸 (粒度 2毫米左右，含纤维素 42%、 木质素 21%、 半纤维素 20%)固体 100克， 1克的蒽醌， 900毫升的 6%氢氧化钠水 溶液， 全部加入到一个 1000毫升的不锈钢高压反应器内， 密封反应体系， 加热 到 260° C温度， 保温 3个小时后冷却回室温， 反应前后的压力没有明显变化。 取 出反应混合产物后， 反应器用少量的纯水洗两次， 反应釜内未发现任何碳化反应 的印迹， 合并反应混合物和洗涤液体， 过滤， 滤渣用少量的纯水洗两次后真空干 燥， 分析发现滤渣重量为 7克（灰分含量 1 1%)， 未水解率为 7%。 过滤后得到的水 溶液， 盐酸调节 pH=2. 5-3. 5之间， 过 140克非离子大孔吸附树脂 DA201C柱（内 径 3厘米）， 再用 200毫升的纯水洗涤吸附柱， 合并水溶液后脱水， 所得固体用 无水乙醇提取， 得到有机酸混合物为 46克（产率 46%)， 产物中主要是乳酸、 羟 基丁酸、 丁二酸、 甲酸、 乙酸、 等。 水洗后的大孔吸附树脂 DA201C柱， 用 500 毫升的无水乙醇洗脱，所得芳烃化合物乙醇溶液脱乙醇后，重量 14克（产率 14%)， 产物中主要是苯酚、 邻甲氧基苯酚、 2， 6-二甲氧基苯酚、 邻苯二酚、 对乙基邻 苯二酚、 等。 以纤维素生物质中的有机物含量计算， 总产率为 72. 2%。
实施例 6 : 不同纤维素生物质的催化同步水解
反应操作规程同实施例 1。
催化剂为醋酸钯 【Pd (0Ac) 2】 ， 结果如下表所示。
Figure imgf000014_0001
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用以限定本发明的实质技术内 容范围， 本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中， 任何他 人完成的技术实体或方法， 若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同， 也或 是一种等效的变更， 均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考， 就如同每一篇文献被单 独引用作为参考那样。 此外应理解， 在阅读了本发明的上述内容之后， 本领域 技术人员可以对本发明作各种改动或修改， 这些等价形式同样落于本申请所附 权利要求书所限定的范围

Claims

权 利 要 求
1、 一种纤维素生物质精炼方法， 其特征在于， 将纤维素生物质中不低于 85 重量％的有机聚合物同步水解为小分子的有机物，所述重量以纤维素生物质的总 重量计算。
2、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述同步水解为催化水解， 所述 的催化水解采用的催化剂选自式一、 示的物质：
Μ ΐ—— S Η 或者
Figure imgf000016_0001
式一 式二
分子式中，
" M"表示金属、 碳、 或硅；
" S "表示杂原子；
" L "表示一个或多个配体；
" H "表示氢。
3、 如权利要求 2所述的方法， 其特征在于： 所述杂原子选自 "氧 0 " 、 "硫 S " 、 或 "氮 N " 。
4、 如权利要求 2所述的方法， 其特征在于： 所述的催化剂是具备水溶性、 且 在进入水相可被转化为 "式一" 或 "式二" 结构的物质。
5、 如权利要求 4所述的方法， 其特征在于： 所述可被转化为 "式一"或 "式 二" 结构的物质是水溶性金属无机盐类、 金属有机酸盐类或其组合。
6、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的纤维素生物质是指所有 的含纤维素的生物质，
优选地， 所述纤维素生物质包括：
木本植物；
草本植物；
农业、 林业、 蔬菜与水果加工业的含纤维素的下脚料、 各种动物的粪便、
中药加工产业的含纤维素的下脚料、
农作物的废弃物、
或其组合。
7、 如权利要求 6所述的方法， 其特征在于： 所述的纤维素生物质含有木质 素。
8、 如权利要求 2所述的方法， 其特征在于： 所述同步水解在碱性物质存在下 进行。
9、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的小分子的有机物是单糖 和多聚糖、 有机羧酸、 苯酚和取代酚类、 氨基酸、 环戊酮和环戊醇。
10、 一种催化剂的用途， 其特征在于， 所述催化剂用于将纤维素生物质中所 有的有机聚合物同步水解为小分子的有机物；
其中所述催化剂选自式一、 或式二 物质：
Μ ΐ—— S Η 或者
Figure imgf000017_0001
式一 式二
分子式中，
"M"表示金属、 碳、 或硅；
"S"表示杂原子；
"L"表示一个或多个配体；
"H"表示氢。
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