專利名稱：一種利用離子液體提取生物質原料中纖維素的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及纖維素應用化學工業(yè)領域，具體涉及到一種利用離子液體提取生物質原料中纖維素的方法。
背景技術：
隨著煤、石油等傳統(tǒng)能源的消耗以及全世界面臨的能源危機，可持續(xù)能源的發(fā)展與利用引起了廣泛的重視。纖維素是自然界中分布最廣、儲量最大的生物質高分子。每年植物可以通過光合作用產生1000億噸的纖維素，同時由于無污染、生物相容性、易降解性、來源廣泛等諸多優(yōu)點，被視為取之不盡，用之不竭的可再生資源，廣泛應用于紡織、輕工、化工、醫(yī)藥和能源等領域。但是由于天然纖維素原料中木質素、半纖維素對纖維素的包裹作用，影響了纖維素的提取和利用，阻礙了纖維素的開發(fā)使用。目前，可以用于纖維素溶解的體系主要是有機溶劑體系，包括N，N-二甲基甲酰胺/四氧二氮(DMF/N204)、N-甲基-N-氧 嗎啉(NMNO)等等，但是都存在著回收困難，環(huán)境污染等問題。室溫離子液體是完全由陽離子和陰離子構成的在室溫或近于室溫下呈液態(tài)的物質，又稱低溫熔融鹽、可設計性溶劑等。與其他固體或液體材料相比，有著獨特的物理化學性質。它的主要特點是低熔點(可達173K)、不揮發(fā)、不易燃、較寬的液態(tài)溫度區(qū)(可達473K)、較好的熱穩(wěn)定性(分解溫度達673K)、溶解性較好，可通過設計達到選擇性溶解、可重復利用、強的靜電場與寬的電化學窗口等等。其多種優(yōu)點使其廣泛的應用于化學合成，萃取分離、材料制備等領域，是一種新型的“綠色”溶劑。2002年，Rogers教授等首先報道了天然纖維素在包括I-丁基-3-甲基咪唑氯鹽在內的一系列的離子液體的溶解性能。之后，使用離子液體對纖維素進行高效環(huán)保的溶解引起了越來越多的重視。由于天然纖維素的分子鏈存有分子內和分子間氫鍵，纖維素的結晶結構，以及木質素、半纖維素的包裹作用，使得纖維素很難與溶劑接觸作用。所以，通過一定的物理或化學手段對生物質原料進行預處理活化，增加其活性表面積，改善其微孔結構，促進反應試劑的滲透潤脹，提高反應性能，也是目前研究的一個重要方面。經過堿液處理的天然纖維素原料，可以發(fā)生膨脹，結構變得疏松，表面積增加，提高纖維素在溶解體系中的溶解度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述技術分析和存在問題，提供一種工藝簡單，高效經濟的利用離子液體提取生物質原料中纖維素的方法。本發(fā)明的技術方案—種利用離子液體提取生物質原料中纖維素的方法，步驟如下I)以NaOH溶液為預處理劑，將粉碎至100目的天然纖維素原料加入NaOH溶液于40-60°C下浸泡震蕩反應3h后洗滌至中性，然后抽濾烘干物料，NaOH溶液的質量百分比濃度為1_15%，天然纖維素原料的質量為NaOH溶液的1_3% ；2)以離子液體氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑[(AMM)Cl]為溶劑，以二甲基亞砜(DMSO)為助溶劑，按溶劑與助溶劑的質量比為20:3混合組成離子液體/DMSO溶劑體系，按照離子液體/DMSO溶劑體系與處理后的天然纖維素原料重量比為1-5%混合，將處理后的天然纖維素原料、離子液體和DMSO混合、攪拌均勻，然后在溫度70-90°C并攪拌下進行提取反應，反應時間為3-5小時，離心分離；3)將上步所得上清液加入去離子水，上清液與去離子水的質量比為1:5-8，過濾得沉淀，固體沉淀用去離子水清洗4-6次后，烘干即可制得纖維素目標產品，離子液體/DMSO體系可回收循環(huán)使用。所述天然纖維素原料為結縷草末、木粉或葉末。所述氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑溶劑是通過N-甲基咪唑與3-氯-I-丙烯合成反應制得。所述離子液體/DMSO溶劑體系的回收方法是將過濾后的清液經旋轉蒸發(fā)儀蒸 懼，KT2-KT1Mpa的真空度下干燥后，即可回收重復使用。本發(fā)明具有如下優(yōu)點與有機溶劑提取纖維素相比，該方法經濟高效、實用性強；離子液體熱穩(wěn)定性好、腐蝕性低、安全無毒、可回收使用；使用堿液進行原料預處理，可大大提高纖維素的提取率，提取的纖維素可作為化工原料。
具體實施例方式下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。實施例I :一種利用離子液體提取生物質原料中纖維素的方法，步驟如下I)將粉碎至100目的I. OOg木粉加入100. OmL質量百分比濃度為1%的NaOH溶液中于55°C下于空氣搖床中浸泡震蕩反應3h后用去離子水洗滌至中性，然后抽濾得到烘干物料；2)將75. OmL N-甲基咪唑與93. OmL 3-氯-I-丙烯混合后于(TC冰水混合物中起始反應，反應1-2小時后，在保持體系溫度為30-40°C下繼續(xù)反應7-12小時合成制得氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑[(AMM) Cl]，在三口平底燒瓶中，將40g氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑[(AMHOCl]、6g 二甲基亞砜(DMSO)和Ig烘干物料混合并攪拌均勻，然后在溫度80°C并攪拌下進行提取反應，反應時間為4小時，然后在lOOOOr/min下進行離心分離；3)將上步所得上清液加入300. OmL去離子水，產生大量白色絮狀沉淀，過濾得沉淀，固體沉淀用去離子水清洗5次后，烘干即可制得纖維素目標產品。經紅外光譜檢測與固體核磁檢測為纖維素，纖維素提取質量占木粉質量的7. 0%。離子液體/DMSO體系經旋轉蒸發(fā)儀蒸餾脫出水分后回收循環(huán)使用，方法是將過濾后的清液經旋轉蒸發(fā)儀以KT2-KT1Mpa的真空度減壓蒸餾，回收率可達99%，保存在KT2-KT1Mpa的真空干燥器中。實施例2 I)將粉碎至100目的I. OOg葉末加入100. OmL質量百分比濃度為2%的NaOH溶液中于55°C下于空氣搖床中浸泡震蕩反應3h后用去離子水洗滌至中性，然后抽濾得到烘干物料；2)制備氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑[(AMM) Cl]的方法與實施例I相同，在三口平底燒瓶中，將40g氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑[(AMM)Cl]、6g 二甲基亞砜(DMSO)和Ig烘干物料混合并攪拌均勻，然后在溫度80°C并攪拌下進行提取反應，反應時間為4小時，然后在10000r/min下進行離心分離；3)將離心后的上清液加入300. OmL去離子水，產生大量白色絮狀沉淀，過濾后所得固體沉淀用去離子水清洗五次后，烘干得纖維素產品，經紅外光譜檢測與固體核磁檢測為纖維素，提取質量占葉末質量的7. 9%。離子液體/DMSO體系經旋轉蒸發(fā)儀蒸餾脫出水分后回收循環(huán)使用，方法同實施例I，回收率可達99%。實施例3
I)將粉碎至100目的I. OOg結縷草加入100. OmL質量百分比濃度為10%的NaOH溶液中于55°C下于空氣搖床中浸泡震蕩反應3h后用去離子水洗滌至中性，然后抽濾得到烘干物料；2)制備氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑[(AMM)Cl]的方法與實施例I相同，在三口平底燒瓶中，將40g氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑[(AMM)Cl]、6g 二甲基亞砜(DMSO)和Ig烘干物料混合并攪拌均勻，然后在溫度80°C并攪拌下進行提取反應，反應時間為4小時，然后在10000r/min下進行離心分離；3)將離心后的上清液加入300. OmL去離子水，產生大量白色絮狀沉淀，過濾后所得固體沉淀用去離子水清洗五次后，烘干得纖維素產品，經紅外光譜檢測與固體核磁檢測為纖維素，提取質量占總物料質量的11. 3%。離子液體/DMSO體系經旋轉蒸發(fā)儀蒸餾脫出水分后回收循環(huán)使用，方法同實施例I，回收率可達99%。實施例4 I)將粉碎至100目的I. OOg結縷草加入100. OmL質量百分比濃度為15%的NaOH溶液中于55°C下于空氣搖床中浸泡震蕩反應3h后用去離子水洗滌至中性，然后抽濾得到烘干物料；2)制備氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑[(AMM) Cl]的方法與實施例I相同，在三口平底燒瓶中，將40g氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑[(AMM)Cl]、6g 二甲基亞砜(DMSO)和Ig烘干物料混合并攪拌均勻，然后在溫度80°C并攪拌下進行提取反應，反應時間為4小時，然后在10000r/min下進行離心分離；3)將離心后的上清液加入300. OmL去離子水，產生大量白色絮狀沉淀，過濾后所得固體沉淀用去離子水清洗五次后，烘干得纖維素產品，經紅外光譜檢測與固體核磁檢測為纖維素，提取質量占總物料質量的14. 4%。離子液體/DMSO體系經旋轉蒸發(fā)儀蒸餾脫出水分后回收循環(huán)使用，方法同實施例I，回收率可達99%。
權利要求
1.一種利用離子液體提取生物質原料中纖維素的方法，其特征在于步驟如下 1)以NaOH溶液為預處理劑，將粉碎至100目的天然纖維素原料加入NaOH溶液于40-60°C下浸泡震蕩反應3h后洗滌至中性，然后抽濾烘干物料，NaOH溶液的質量百分比濃度為1_15%，天然纖維素原料的質量為NaOH溶液的1_3% ； 2)以離子液體氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑[(AMM)Cl]為溶劑，以二甲基亞砜(DMSO)為助溶劑，按溶劑與助溶劑的質量比為20:3混合組成離子液體/DMSO溶劑體系，按照離子液體/DMSO溶劑體系與處理后的天然纖維素原料重量比為1-5%混合，將處理后的天然纖維素原料、離子液體和DMSO混合、攪拌均勻，然后在溫度70-9(TC并攪拌下進行提取反應，反應時間為3-5小時，離心分離； 3)將上步所得上清液加入去離子水，上清液與去離子水的質量比為1:5-8，過濾得沉淀，固體沉淀用去離子水清洗4-6次后，烘干即可制得纖維素目標產品，離子液體/DMSO體系可回收循環(huán)使用。
2.根據權利要求I所述利用離子液體提取生物質原料中纖維素的方法，其特征在于所述天然纖維素原料為結縷草末、木粉或葉末。
3.根據權利要求I所述利用離子液體提取生物質原料中纖維素的方法，其特征在于所述氯化I-烯丙基-3-甲基咪唑溶劑是通過N-甲基咪唑與3-氯-I-丙烯合成反應制得。
4.根據權利要求I所述利用離子液體提取生物質原料中纖維素的方法，其特征在于所述離子液體/DMSO溶劑體系的回收方法是將過濾后的清液經旋轉蒸發(fā)儀蒸餾，KT2-KT1Mpa的真空度下干燥后，即可回收重復使用。
全文摘要
一種利用離子液體提取生物質原料中纖維素的方法，步驟是以NaOH溶液為預處理劑，將粉碎的天然纖維素原料加入NaOH溶液中浸泡震蕩反應后洗滌至中性，然后抽濾烘干物料；以離子液體氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑為溶劑，以二甲基亞砜為助溶劑，與烘干物料混合進行提取反應，離心分離；將上清液加入去離子水，過濾得沉淀，固體沉淀用去離子水清洗后，烘干即可制得纖維素目標產品，離子液體/DMSO體系可回收循環(huán)使用。本發(fā)明的優(yōu)點是與有機溶劑提取纖維素相比，該方法經濟高效、實用性強；離子液體熱穩(wěn)定性好、腐蝕性低、安全無毒、可回收使用；使用堿液進行原料預處理，可大大提高纖維素的提取率，提取的纖維素可作為化工原料。
文檔編號D21C5/00GK102797187SQ20121033149
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權日2012年9月7日
發(fā)明者王雁南, 鞠美庭, 李維尊, 李倩, 劉樂 申請人:南開大學