專利名稱：一種在可降解型離子液體溶劑中制備富含纖維素材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可降解型離子液體溶劑溶解和分離植物纖維原料中的纖維素和木質(zhì)素，制備出富含纖維素材料的方法，屬于生物質(zhì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)化學(xué)エ業(yè)普遍存在能耗大、產(chǎn)率低、污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)，伴隨著世界范圍內(nèi)煤、石油等不可再生資源的日益減少，能源與環(huán)境問題開始嚴(yán)重制約了傳統(tǒng)化學(xué)エ業(yè)的發(fā)展。開發(fā)綠色可再生能源是走可持續(xù)發(fā)展之路的有效途徑。相對于煤和石油等不可再生能源，生物質(zhì)能源具有儲量大、可再生、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，有著廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。除了樹木以外，農(nóng)作物秸桿、農(nóng)副產(chǎn)品加工的下腳料在自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)與能量的循環(huán)中，也起著重要的作用。當(dāng)今，隨著綠色化學(xué)與生態(tài)農(nóng)業(yè)的理念深入人心，可降解再生資源的開發(fā)與利用成為人類可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)。纖維素可以用于造紙紡織，其水解后的還原糖可以用于こ醇發(fā)酵等多個領(lǐng)域。而こ醇作為ー種能替代或部分替代汽油的可再生能源，可以緩解石油、天然氣等不可再生化石能源日漸枯竭帶來的能源壓力。秸桿、麩皮、鋸木粉這些低成 本農(nóng)業(yè)、エ業(yè)廢棄物，其包含的木質(zhì)纖維素將是ー種有潛力的こ醇發(fā)酵原料。由于木質(zhì)纖維素的成分比較復(fù)雜，因此設(shè)計(jì)合適的溶劑將木質(zhì)纖維素各組分進(jìn)行溶解并分離是實(shí)現(xiàn)其綠色應(yīng)用的突破口。對于目前木質(zhì)纖維素三組分(纖維素、半纖維素、木質(zhì)素)在エ業(yè)意義上的分離與利用情況而言，纖維素的分離與利用占有絕對主導(dǎo)地位。以往溶解和分離木質(zhì)纖維素時多用酸、堿溶液和有機(jī)溶劑，這些溶劑體系普遍存在著污染重、成本高和回收率低等問題。作為ー種新型的緑色溶劑，室溫離子液體有著極低的蒸氣壓、不易燃、熱穩(wěn)定性好和可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、催化、萃取分離和電化學(xué)等領(lǐng)域，受到了廣泛的關(guān)注。室溫離子液體良好的物理和化學(xué)性能為溶解木質(zhì)纖維素提供了可能。用于溶解和分離木質(zhì)纖維素的室溫離子液體的陽離子主要是N-甲基咪唑陽離子，陰離子主要包括Cl' HCO2' CH3S04_和Me2C6H3S03_等，然而此類離子液體存在生物可降解性較差，在偶爾泄露到環(huán)境中長期難以降解從而污染環(huán)境的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種可降解型離子液體作為溶解和分離木質(zhì)纖維素的溶劑，能使木質(zhì)纖維素原料中的木質(zhì)素除去，得到富含纖維素成分的材料?？朔顺Ｒ?guī)離子液體生物降解性差，對環(huán)境可能造成污染等缺點(diǎn)，具有更好的環(huán)境友好性，生物相容性，順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展觀念和緑色化學(xué)過程的倡導(dǎo)。本發(fā)明所用的溶劑通過以下步驟合成通過酸堿滴定的方法對經(jīng)離子交換樹脂交換氯化膽堿制得的氫氧化膽堿進(jìn)行濃度滴定后，加入適量醋酸進(jìn)行中和反應(yīng)，稀溶液在323. 15K下，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去大部分水，保存，以作為下步反應(yīng)原料使用。對秸桿木質(zhì)纖維素的溶解和分離過程通過以下步驟進(jìn)行I將該可降解離子液體溶劑醋酸膽堿于40 300°C下溶解并用攪拌器進(jìn)行攪拌2將原料秸桿經(jīng)中性洗滌劑洗滌后，干燥，粉碎，過篩，篩選出一定粒徑大小的木質(zhì)纖維素原料，將此原料按ー定比例溶解于上述溶劑中3在溫度為110 180°C下反應(yīng)2 48h，每隔5 30min在偏光顯微鏡下觀察其溶解情況。反應(yīng)結(jié)束后，加入IOml DMSO稀釋其濃度后過濾分離，所得固體水洗3-5次，烘干得富纖維素產(chǎn)品。(4)向上步驟所得濾液中加入5 10倍去離子水+丙酮，離子液體溶液析出固體后過濾烘干。本發(fā)明優(yōu)勢溶劑克服了常規(guī)離子液體生物降解性差，對環(huán)境可能造成污染等缺點(diǎn)，具有更好的環(huán)境友好性，生物相容性，并且該溶劑對木質(zhì)素表現(xiàn)出了優(yōu)異的溶解能力，從而使得木質(zhì)素與纖維素、半纖維素分離，制得富含纖維素的材料，順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展觀念和緑色化學(xué)過程的倡導(dǎo)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1向真空干燥后的IOg可降解離子液體溶劑醋酸膽堿([ChO] )
權(quán)利要求
1.一種在可降解型離子液體溶劑中制備富含纖維素材料的方法，其特征在于以可降解型離子液體為溶劑，按照植物原料是溶劑質(zhì)量的2% 5%的比例一起加入反應(yīng)容器攪拌均勻，加熱，在溫度100 180°C條件下，進(jìn)行溶解分離實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)時間2h 48h，加入DMSO稀釋其濃度后過濾分離，所得固體水洗3-5次，烘干得富纖維素材料，向上步驟所得濾液中加入5 10倍去離子水+丙酮，離子液體溶液析出固體后過濾烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于離子液體為通過離子交換樹脂法來制備的高純度離子液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于離子液體為醋酸膽堿離子液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所用的植物原料為木粉、木片、秸桿、稻草等木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，植物原料要經(jīng)過洗凈、烘干、粉碎、過篩后使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，溶解溫度在100 180°C，溶解時間為2h 48h，通過向所述濾液中加入5 10倍丙酮+去離子水水從中提取木質(zhì)素，離子液體溶液析出固體后過濾烘干。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在得到的未溶組分-富纖維素材料中，木質(zhì)素的含量下降1% 90%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在可降解型離子液體溶劑制備富含纖維素材料的方法，該溶劑是新型可降解型離子液體——醋酸膽堿，其特征在于在100～160℃在2h～48h內(nèi)溶解木質(zhì)纖維素，并且從中提取木質(zhì)素，能使木質(zhì)素含量下降1％～90％。該離子液體特征在于通過從自然界篩選生物可降解的天然產(chǎn)物作為離子液體的陰陽離子合成，具有生物可降解性，相對于常規(guī)離子液體，具有更好的環(huán)境友好性，生物相容性，并且對木質(zhì)纖維素表現(xiàn)出了優(yōu)異的分離能力，該方法解決了常規(guī)離子液體生物降解性能較差，大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用前景渺茫的問題，是一種更加綠色的溶劑。
文檔編號D21C3/04GK103031762SQ20111029436
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者呂興梅, 李姍, 李增喜, 劉振, 張鎖江 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所