印象中的葡萄糖是这样的：

葡萄糖是为人体供给能量的主要物质。好比汽车行驶需要汽油一样，人类的活动也需几乎每时每刻都在摄取养料以提供能量，从不中断。因此，保持血液中稳定而持续的葡萄糖浓度就显得尤为重要。

可是今天说的葡萄糖，它是纤维素水解产物，一种生物质液体燃料和高附加值化学品的原材料之一。

随着化石能源的逐渐枯竭，开发可再生资源迫在眉睫。植物纤维资源，具有来源广泛、储量巨大等特点，是一座重要的能源宝库。由植物纤维原料可衍生出很多重要的化工原料和产品。已经成为当今研究领域的热点之一。

纤维素变葡萄糖的旅程

纤维素其结构单体是由相邻的葡萄糖分子旋转180°与另一个葡萄糖形成1,4-β-糖苷键（C1 和C4 原子之间）连接而成的直链大分子。

大分子之间再通过氢键形成的高分子晶体结构纤维素水解产物主要是葡萄糖，而葡萄糖是制备生物质液体燃料和高附加值化学品的原材料之一。

如何提高纤维素水解效率

由于纤维的晶体结构使其很难被水解，常用一些预处理手段（如氨处理、高压蒸汽处理、机械球磨处理、酸预处理等）来增加纤维素与催化剂的接触面积，提高水解效率。

其水解方式如下：

酸水解法：传统的稀酸水解法和浓酸水解法需要消耗大量的硫酸；

生物酶水解法、超临界处理法、离子液体处理法：存在选择性差、分离困难、无法大规模回收等缺点；

固体酸催化剂处理法：传统固体酸催化剂处理法虽然符合绿色化学的要求，但由于酸性较弱导致产率较低，无法进行大规模应用。

绿色高效催化剂的发现

近日，大连交通大学材料科学与工程学院于波等研究团队，采用介孔磷酸锆作为新型固体酸催化剂，应用在纤维素制备葡萄糖反应中。为强化纤维素水解和葡萄糖的继续转化提供好的应用方法，同时为一步法从纤维素出发制备高附加值化学品提供了有效途径。

（介孔磷酸锆作为一种新型固体酸催化剂，在生物质转化领域中表现出较好的催化性能和应用前景。该催化剂高比表面积、高热稳定性、孔径有序等结构特点有助于提高催化活性，表面存在大量酸性位也可显著提高反应效果，使其更容易应用于水解反应中）

前沿技术

1、 球磨预处理

先通过球磨预处理手段，降低纤维素结晶度，增加反应物和催化剂之间的接触机会，从而提高整个反应的效率。

2、 原料制备

将0.3g 微晶纤维素和0.1g 磷酸锆催化剂置入球磨罐中滴入硫酸，以400r/min 速度球磨8h，然后置于高压反应釜中加15mL 纯水和一滴硫酸（pH 约为1）在160℃进行高压反应

3、试验结果

纤维素的转化率和葡萄糖的选择性均达到50%以上，优于传统固体酸催化剂。

1）、经过5 次稳定性实验后，纤维素的转化率5次循环内均达到40%，而葡萄糖的选择性5 次内只下降了8%。由于每次循环反应后只补充了部分纤维素，虽然单次的纤维素转化率只有40%，但是多次反应后累积的纤维素转化率逐渐上升到了将近80%，大大提高了反应物的利用效率

2）、多次循环后磷酸锆的活性有所下降，将残渣烘干后在450℃焙烧4h，去除混合物中的纤维素和可能存在的积炭，磷酸锆的催化活性得到恢复，纤维素的转化率和葡萄糖的选择性均达到预期效果，实验结果如图所示。

4、技术贴士

磷酸锆它具有介孔结构、较高的比表面积及较多的Brönsted酸性位，将其作为催化剂应用于纤维素水解制葡萄糖反应体系中，较适宜的反应条件为反应温度160℃、反应时间4h、其用量与微晶纤维素原料比1∶3，单次反应纤维素转化率和葡萄糖选择性可达到50%，5次循环反应后纤维素累积转化率达到80%，在整个重复过程中磷酸锆并未发生明显失活，这表明该催化剂的纯单一结构有利于提高其热稳定性。

除了在在纤维素水解实验中表现出很大的潜力，介孔磷酸锆固体酸催化剂可作为非均相固体酸催化剂用于葡萄糖生产以减少无机酸的应用。

PS:磷酸锆作为催化剂总酸度约为2.47mmol/g 且酸性位以B 酸为主，较多的B 酸酸性位对纤维素水解催化反应具有有利的影响，因此纤维素的转化率和葡萄糖的选择性相对较高。

如此层间稳定结构的磷酸锆，相信伴随更多研究人士的深入开发，未来可在此更多的催化转化基础上担载活性组分，强化纤维素水解和葡萄糖的继续转化，为更多的生物质催化转化提供无限应用可能。