纖維素中葡萄糖的連接方式
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纖維素中葡萄糖的連接方式,纖維在我們的生活中是比較常見的一種物質,纖維素和葡糖糖有着密切的連接關係,根據葡萄糖的產生可以推斷纖維素的形成,以下分享纖維素中葡萄糖的連接方式。
印象中的葡萄糖是這樣的:
葡萄糖是爲人體供給能量的主要物質。好比汽車行駛需要汽油一樣,人類的活動也需幾乎每時每刻都在攝取養料以提供能量,從不中斷。因此,保持血液中穩定而持續的葡萄糖濃度就顯得尤爲重要。
可是今天說的葡萄糖,它是纖維素水解產物,一種生物質液體燃料和高附加值化學品的原材料之一。
隨着化石能源的逐漸枯竭,開發可再生資源迫在眉睫。植物纖維資源,具有來源廣泛、儲量巨大等特點,是一座重要的能源寶庫。由植物纖維原料可衍生出很多重要的化工原料和產品。已經成爲當今研究領域的熱點之一。
纖維素變葡萄糖的旅程
纖維素其結構單體是由相鄰的葡萄糖分子旋轉180°與另一個葡萄糖形成1,4-β-糖苷鍵(C1 和C4 原子之間)連接而成的直鏈大分子。
大分子之間再通過氫鍵形成的'高分子晶體結構纖維素水解產物主要是葡萄糖,而葡萄糖是製備生物質液體燃料和高附加值化學品的原材料之一。
如何提高纖維素水解效率
由於纖維的晶體結構使其很難被水解,常用一些預處理手段(如氨處理、高壓蒸汽處理、機械球磨處理、酸預處理等)來增加纖維素與催化劑的接觸面積,提高水解效率。
其水解方式如下:
酸水解法:傳統的稀酸水解法和濃酸水解法需要消耗大量的硫酸;
生物酶水解法、超臨界處理法、離子液體處理法:存在選擇性差、分離困難、無法大規模回收等缺點;
固體酸催化劑處理法:傳統固體酸催化劑處理法雖然符合綠色化學的要求,但由於酸性較弱導致產率較低,無法進行大規模應用。
綠色高效催化劑的發現
近日,大連交通大學材料科學與工程學院于波等研究團隊,採用介孔磷酸鋯作爲新型固體酸催化劑,應用在纖維素製備葡萄糖反應中。爲強化纖維素水解和葡萄糖的繼續轉化提供好的應用方法,同時爲一步法從纖維素出發製備高附加值化學品提供了有效途徑。
(介孔磷酸鋯作爲一種新型固體酸催化劑,在生物質轉化領域中表現出較好的催化性能和應用前景。該催化劑高比表面積、高熱穩定性、孔徑有序等結構特點有助於提高催化活性,表面存在大量酸性位也可顯著提高反應效果,使其更容易應用於水解反應中)
前沿技術
1、 球磨預處理
先通過球磨預處理手段,降低纖維素結晶度,增加反應物和催化劑之間的接觸機會,從而提高整個反應的效率。
2、 原料製備
將0.3g 微晶纖維素和0.1g 磷酸鋯催化劑置入球磨罐中滴入硫酸,以400r/min 速度球磨8h,然後置於高壓反應釜中加15mL 純水和一滴硫酸(pH 約爲1)在160℃進行高壓反應
3、試驗結果
纖維素的轉化率和葡萄糖的選擇性均達到50%以上,優於傳統固體酸催化劑。
1、經過5 次穩定性實驗後,纖維素的轉化率5次循環內均達到40%,而葡萄糖的選擇性5 次內只下降了8%。由於每次循環反應後只補充了部分纖維素,雖然單次的纖維素轉化率只有40%,但是多次反應後累積的纖維素轉化率逐漸上升到了將近80%,大大提高了反應物的利用效率
2、多次循環後磷酸鋯的活性有所下降,將殘渣烘乾後在450℃焙燒4h,去除混合物中的纖維素和可能存在的積炭,磷酸鋯的催化活性得到恢復,纖維素的轉化率和葡萄糖的選擇性均達到預期效果,實驗結果如圖所示。
4、技術貼士
磷酸鋯它具有介孔結構、較高的比表面積及較多的Brnsted酸性位,將其作爲催化劑應用於纖維素水解制葡萄糖反應體系中,較適宜的反應條件爲反應溫度160℃、反應時間4h、其用量與微晶纖維素原料比1∶3,單次反應纖維素轉化率和葡萄糖選擇性可達到50%,5次循環反應後纖維素累積轉化率達到80%,在整個重複過程中磷酸鋯並未發生明顯失活,這表明該催化劑的純單一結構有利於提高其熱穩定性。
除了在在纖維素水解實驗中表現出很大的潛力,介孔磷酸鋯固體酸催化劑可作爲非均相固體酸催化劑用於葡萄糖生產以減少無機酸的應用。
PS:磷酸鋯作爲催化劑總酸度約爲2.47mmol/g 且酸性位以B 酸爲主,較多的B 酸酸性位對纖維素水解催化反應具有有利的影響,因此纖維素的轉化率和葡萄糖的選擇性相對較高。
如此層間穩定結構的磷酸鋯,相信伴隨更多研究人士的深入開發,未來可在此更多的催化轉化基礎上擔載活性組分,強化纖維素水解和葡萄糖的繼續轉化,爲更多的生物質催化轉化提供無限應用可能。
這幾種物質有的可以互相轉化,有的不成,首先是物質種類,澱粉、纖維素屬於多糖類物質,蔗糖屬於雙糖,葡萄糖屬於單糖;再者要了解其構成,澱粉是葡萄糖縮合而成的,澱粉水解後是葡萄糖;蔗糖是由一份子葡萄糖和一份子果糖縮合成的,水解後也是形成葡萄糖和果糖;纖維素也是葡萄糖的聚合體,但是纖維素裏β-葡萄糖含量較高
纖維素是不能水解成葡萄糖的。纖維素分水溶性 和非水溶性的。蛋白質 脂肪 碳水化合物 能被人體轉換成葡萄糖提供給人體熱量 和能量。纖維素不能被人體吸收 也不能被人體利用 但對人體很重要,作用於腸道中,促進腸道蠕動 增強排便 增加大便的柔軟度 防止便祕。降低膽固醇,延緩血糖的升高,但食用過多會影響 鈣 鐵 等一些 礦物質的吸收。
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