離子液體用于木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)拆分的技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種離子液體用于木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)拆分的技術(shù)。木質(zhì)纖維素原料主要由植物細(xì)胞壁組成，細(xì)胞壁包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主要成分，它們緊密的交織連接在一起，很難分離。該技術(shù)先用離子液體進(jìn)行拆分預(yù)處理，陽離子為烷基咪唑陽離子，陰離子為烷基磷酸酯陰離子，為一種或兩種及以上的離子液體復(fù)配，浸泡原料1～24小時，使原料發(fā)生膨脹，并采用超聲波破壁0.5～5小時，可有效破壞纖維素與木質(zhì)素和半纖維素的物理化學(xué)結(jié)合鍵。拆分預(yù)處理后，用質(zhì)量百分含量為10～100％醋酸水溶液溶解半纖維素，4％氫氧化鈉脫除木質(zhì)素，濾渣烘干后得到優(yōu)質(zhì)纖維素。該方法可保持纖維素提取量，又能較多脫除木質(zhì)素和半纖維素。
【專利說明】離子液體用于木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)拆分的技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)拆分的領(lǐng)域，特別用離子液體進(jìn)行原料拆分預(yù)處 理。
【背景技術(shù)】
[0002] 木質(zhì)纖維素原料主要由植物細(xì)胞壁組成，細(xì)胞壁由三大組分：纖維素、半纖維素、 木質(zhì)素組成。纖維素和半纖維素或木質(zhì)素分子之間結(jié)合主要依賴于氫鏈；半纖維素和木質(zhì) 素之間除了氫鍵外，還存在著化學(xué)鍵結(jié)合，主要為醚鍵、脂鍵、糖甘鍵和縮醛鍵，使纖維素， 半纖維素與木質(zhì)素交聯(lián)結(jié)合在一起形成復(fù)合體，使得各組分難以分離。木質(zhì)纖維素原料結(jié) 構(gòu)的復(fù)雜性導(dǎo)致其不能實現(xiàn)高效轉(zhuǎn)化，其預(yù)處理技術(shù)作為高效轉(zhuǎn)化的瓶頸，已成為世界各 個國家研究的熱點。
[0003] 通過物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法等多種預(yù)處理手段，可使后續(xù)過程的轉(zhuǎn) 化效率提高。但是傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理能耗高，而且不同程度地存在環(huán)境污染；蒸汽爆破法 處理時間短，化學(xué)藥品用量少，無污染，能耗低等優(yōu)點，但溫度、壓力還是偏高，并產(chǎn)生了一 定的生物抑制物；濕式氧化法是一種有效的使木質(zhì)素分解，半纖維素溶解，得到的纖維素純 度較高，質(zhì)量較好的方法，但其反應(yīng)的選擇性仍不夠，其中半纖維素易氧化損失。臭氧分解 處理法與其相似，反應(yīng)的選擇性稍好些，但仍難控制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明以筍殼、竹粉、茶渣、秸桿、麥桿、稻草桿、高粱桿、玉米皮、中藥渣等農(nóng)業(yè)廢 棄物為原料，以烷基咪唑磷酸酯類離子液體和超聲波輔助對木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行拆分預(yù)處 理。烷基咪唑磷酸酯類離子液，含有一個特殊的咪唑環(huán)狀結(jié)構(gòu)，咪唑環(huán)的誘導(dǎo)效應(yīng)使P= 0 鍵上的氧原子電子云密度增大，而磷原子受到環(huán)和氧原子的空間位阻作用，被阻礙了與氫 質(zhì)子的相互接觸，所以，氧原子處有一種很強(qiáng)質(zhì)子化作用，非常容易與木質(zhì)纖維素中氫質(zhì)子 之間發(fā)生P= 0…H-0結(jié)合，形成的氫鍵能破壞木質(zhì)纖維素的復(fù)雜鍵結(jié)構(gòu)。同時輔助超聲波 破壁，超聲波是一種彈性波，它能產(chǎn)生并傳遞強(qiáng)大的能量。大能量的超聲波作用在液體里， 在振動處于稀疏狀態(tài)時，聲波在植物組織細(xì)胞里比電磁波穿透更深，停留時間也更長，使液 體被擊成很多的小空穴。這些小空穴一瞬間就閉合，閉合時產(chǎn)生很高的瞬間壓力，即產(chǎn)生 "空化"作用，使植物細(xì)胞破裂，使木質(zhì)纖維素組分拆分變得容易。適當(dāng)調(diào)節(jié)溫度和壓力，離 子液體這種作用力可以解除，恢復(fù)原來的分子狀態(tài)，可回收離子液體。此外，此類離子液體 可以通過一步反應(yīng)，具有產(chǎn)量高，易制備和純化，反應(yīng)收率高（> 90% )，成本低（為普通離 子液體的30?40% )，對環(huán)境的毒性低的優(yōu)點，這使它們有希望在工業(yè)推廣使用。
[0005] 由于，在生物質(zhì)煉制過程，會產(chǎn)生大量的醋酸廢水。例如，以燕麥殼、玉米芯、棉籽 皮、稻殼、花生殼、蕎麥殼、玉米桿和麥秸等農(nóng)業(yè)廢棄物，制備糠醛過程中就會產(chǎn)生大量醋酸 廢水。如不經(jīng)回收醋酸而直接排放，既污染環(huán)境，又浪費資源。原料預(yù)處理后，采用10? 100%醋酸水溶液溶解半纖維素，加4%氫氧化鈉脫除木質(zhì)素，濾渣用熱水洗至濾液無中性 洗滌劑且pH= 7. 0,放入烘箱中烘干，得到優(yōu)質(zhì)纖維素。
[0006] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0007] 1)離子液體的品種很多，對于特定的難分離體系總能找到一種合適的離子液體來 強(qiáng)化木質(zhì)纖維素原料拆分效果；
[0008] 2)可獲取優(yōu)質(zhì)的纖維素，既能保持纖維素提取量，又可較多脫除木質(zhì)素和半纖維 素；
[0009] 3)離子液體無毒，無腐蝕，無燃性，安全指數(shù)高，是一種綠色的溶劑。
【具體實施方式】
[0010] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0011] 實施例1
[0012] 以筍殼原料，蒸餾水沖洗，烘干，粉碎，過40目，然后沸水浴脫蠟6h，除水溶性多 糖，抽濾，干燥。稱取2g烘干筍殼，加入20g的1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯，超聲波 輔助破壁1小時，溫度50°C下浸泡2小時后，過濾，水洗。加入50%醋酸水溶液充分混合， 80°C水浴攪拌反應(yīng)3h，取濾渣，用水洗滌抽濾，烘干。烘干的濾渣裝入250ml三口燒瓶中，力口 入60g的4%NaOH水溶液，在100°C水浴加熱2h。濾渣用熱水洗至pH= 7. 0,放入烘箱中 烘干，得到優(yōu)質(zhì)纖維素。其中纖維素含量，木質(zhì)素脫除率和半纖維素脫除率影響見表1 :
[0013] 表 1
[0014]
【權(quán)利要求】
1. 一種離子液體用于木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)拆分的技術(shù)，其特征是包括如下步驟： ⑴離子液體為烷基咪唑磷酸酯類離子液體，溫度30?100°C，浸泡1?24小時，超聲 波輔助破壁〇. 5?5小時，對原料進(jìn)行拆分預(yù)處理； (2) 加入10?100 %醋酸水溶液溶解半纖維素； (3) 用4%的氫氧化鈉脫除木質(zhì)素，濾渣烘干后得到優(yōu)質(zhì)纖維素； (4) 該方法采用離子液體和超聲波預(yù)處理原料，可有效破壞纖維素與木質(zhì)素和半纖維 素的物理化學(xué)結(jié)合，得到優(yōu)質(zhì)纖維素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分離方法，其特征在于所使用的離子液體，陽離子為烷基咪唑 陽離子，陰離子為烷基磷酸酯陰離子，離子液體為一種或兩種及以上的離子液體復(fù)配。 1，3_二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯鹽、1-乙基-3-甲基 咪唑磷酸二甲酯鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽、1，2, 3-三甲基咪唑磷酸二甲酯鹽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分離方法，其特征在于離子液體和超聲波輔助進(jìn)行原料預(yù)處理 后，再進(jìn)行木質(zhì)素，纖維素和半纖維素拆分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分離方法，其特征在于預(yù)處理后，采用10?100%醋酸水溶液 溶解半纖維素。
【文檔編號】D21H11/12GK104420380SQ201310421467
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】彭勇, 平麗娟, 毛建衛(wèi) 申請人:浙江科技學(xué)院