一种利用农作物秸秆制备木质素磺酸钠的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用农作物秸秆制备木质素磺酸钠的方法，包括以下步骤：将农作物秸秆洗涤、烘干并粉碎；将离子液体、溶剂、农作物秸秆颗粒加入反应釜中反应；反应后混合物进行过滤，回收利用溶剂；向过滤物中加去离子水，沉淀出木质素并分离干燥；将得到的木质素配成悬浮液，并调节pH值，加入亚硫酸钠反应，反应后过滤；将滤液进行浓缩及喷雾干燥，制得木质素磺酸钠。本发明使用离子液体及溶剂处理秸秆大大提高木质素的利用率；离子液体及溶剂易于回收，大大减少成本；本工序利用离子液体处理，而非碱液，与现有方法比，本发明制备的木质素磺酸钠纯度高、工序简单、成本低廉并对环境不会造成任何污染。
【专利说明】
一种利用农作物秸秆制备木质素磺酸钠的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种制备木质素磺酸钠的方法，尤其是一种利用农作物秸杆制备木质素磺酸钠的方法，属于天然高分子材料及化工技术领域。
【背景技术】
[0002]农作物秸杆在我国十分丰富，其中，稻草、小麦秸杆和玉米秸杆是我国三大农作物秸杆。当前，秸杆在我国的利用程度还不高，效益也处于比较低的水平。常见的秸杆利用方式主要包括:1、直接焚烧，这样不仅浪费资源、破坏土壤结构，而且很容易造成空气污染，甚至引发火灾等严重后果；2、粉碎还田，秸杆还田既不好平整土地，也易造成土壤透气死苗，浇地渗水量大，同时也易产生病虫害；3、作为饲料，由于秸杆营养价值及利用率较低，加上畜生饲料价格的降低及效率的提高，使得这种方式的价值较低。农作物秸杆主要成分为木质纤维素，能够有效的利用木质纤维素，对于解决环境污染、食品短缺和能源危机具有重大的现实意义。
[0003]木质纤维素是以纤维素、半纤维素和木质素为主要成分的原料，其中木质素可通过改性、加工、复配等方法制备一系列木质素产品，木质素磺酸钠就是其中之一。木质素磺酸钠做为一种阴离子表面活性剂，可作为洁净剂、分散剂、高碱性添加剂、防锈剂、抗静电剂、乳化降粘剂、消蜡防蜡剂等。有关利用农作物秸杆来制备木质素磺酸钠的报道比较少，中国专利CN103408671A提供了一种利用农作物秸杆制取木质素磺酸钠的方法，其主要是利用氢氧化钠和亚硫酸钠混合溶液处理农作物秸杆，但是碱液处理秸杆时会是一部分木质素发生降解，也会使部分半纤维素分解，损失较大，同时碱液处理也存在着试剂回收、中和以及洗涤等问题，这些问题会对环境造成污染。
【发明内容】
[0004]为解决以上现有难题，本发明公开了一种利用农作物秸制备木质素磺酸钠的方法，采用离子液体与溶剂体系对秸杆中的木质纤维素进行有效分离，然后对分离后的木质素进行改性，同时对离子液体及溶剂进行回收，大大节约成本，并对环境不会造成任何污染。
[0005]一种利用农作物秸杆制备木质素磺酸钠的方法，包括以下步骤:
[0006]第一步:将农作物秸杆洗涤、烘干，粉碎成3-10_秸杆颗粒。
[0007]第二步:将离子液体、溶剂、农作物秸杆颗粒加入反应釜中，在90?180°C下加热搅拌混合物I?24小时，其中混合物中离子液体质量分数为0.10?0.76 ;农作物秸杆的质量分数为0.05?0.34 ;溶剂的质量分数为0.19?0.90。
[0008]所述的离子液体包括:1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-苄基-3-甲基咪唑氯盐、1-己基-3-甲基咪唑氯盐、1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-苄基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-己基-3甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1- 丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-苄基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、
1-烯丙基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、1-苄基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、1-己基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、1- 丁基-3-羧甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-乙基-3-羧甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-苄基-3-羧甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-己基-3-羧甲基咪唑三氟甲基磺酸盐中的一种或多种；
[0009]所述的溶剂包括:水、甲醇、乙醇、乙腈、甘油、异丙醇中的一种或多种；
[0010]所述农作物秸杆包括:玉米秸杆、稻草、小麦秸杆、甘蔗秸杆、棉花秸杆、薯类秸杆、油料秸杆中的一种或多种。
[0011]第三步:将反应釜中的混合物进行过滤，收集滤液，除去溶剂，回收利用；并向残留物中加入大量去离子水，沉淀出木质素，分离干燥后得到木质素；继续蒸馏除掉水，可以回收离子液体。其中木质素的收率为10.15%?32.19%;去离子水的质量为离子液体质量的ι-?ο倍。
[0012]第四步:将上述得到的木质素配成质量浓度为15wt%?40被％的悬浮液，并调节悬浮液的pH值至4.5?8.5。
[0013]第五步:向上述悬浮液中加入亚硫酸钠，在105°C?150°C下搅拌反应2?10小时，反应后过滤，得到滤液。其中亚硫酸钠与木质素的比值为(1.5?4)mmol/g。
[0014]第六步:将所得的滤液进行浓缩及喷雾干燥，制得木质素磺酸钠。
[0015]有益效果:本发明使用离子液体及溶剂处理秸杆大大提高木质素的利用率:离子液体及溶剂易于回收，大大减少成本；本工序利用离子液体处理，而非碱液，与现有方法比，本发明制备的木质素磺酸钠纯度高、工序简单、成本低廉并对环境不会造成任何污染。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1中经离子液体及溶剂处理I小时后玉米秸杆的SEM图。
【具体实施方式】
[0017]结合如下实施例对本发明做进一步详细说明，但并不限制本发明。
[0018]实施例1
[0019]一种利用农作物秸杆制备木质素磺酸钠的方法，包括以下步骤:
[0020]将玉米秸杆洗涤、干燥，粉成3?1mm的秸杆颗粒，然后将50gl_ 丁基_3_甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、20g乙腈、30g玉米秸杆颗粒加入到反应釜中，在160°C下加热搅拌反应2小时，反应结束后，将反应釜中的混合物过滤，并收集滤液，减压蒸馏回收溶剂，并向残留物中加入250g去离子水,沉淀并过滤,干燥后得到出木质素,木质素收率为22.14%,滤液经加压蒸馏除去去离子水，可回收离子液体。将1g上述制备的木质素加入到去离子水中，配成质量浓度为20wt %的悬浮液，用NaOH溶液调节悬浮液PH至7.5，搅拌30min后，向悬浮液中加入20mmol亚硫酸钠，在120°C下搅拌反应8小时，反应后过滤，得到滤液，将滤液进行浓缩喷雾干燥，烘干后制得木质素磺酸钠。
[0021]实施例2
[0022]一种利用农作物秸杆制备木质素磺酸钠的方法，包括以下步骤:
[0023]将稻草洗涤、干燥，粉成3?1mm的秸杆颗粒，然后将20gl_苄基_3_甲基咪唑磷酸二甲酯盐、30g甲醇、50g玉米秸杆颗粒加入到反应釜中，在105°C下加热搅拌反应5小时，反应结束后，将反应釜中的混合物过滤，并收集滤液，减压蒸馏回收溶剂，并向残留物中加入10g去离子水,沉淀并过滤,干燥后得到出木质素,木质素收率为20.13%,滤液经加压蒸馏除去去离子水，可回收离子液体。将60g上述制备的木质素加入到去离子水中，配成质量浓度为40wt%的悬浮液，用H2S04溶液调节悬浮液PH至5.0，搅拌30min后，向悬浮液中加入10mmol亚硫酸钠，在140°C下搅拌反应6小时，反应后过滤，得到滤液，将滤液进行浓缩喷雾干燥，烘干后制得木质素磺酸钠。
【主权项】
1.一种利用农作物秸杆制备木质素磺酸钠的方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步:将农作物秸杆洗涤、烘干，粉碎成3-10_秸杆颗粒: 第二步:将离子液体、溶剂、农作物秸杆颗粒加入反应釜中，在90?180C下加热搅拌混合物I?24小时，其中混合物中离子液体质量分数为0.10?0.76 ;农作物秸杆的质量分数为0.05?0.34 ;溶剂的质量分数为0.19?0.90 ; 第三步:将反应釜中的混合物进行过滤，收集滤液，除去溶剂，回收利用；并向残留物中加入大量去离子水，沉淀出木质素，分离干燥后得到木质素；继续蒸馏除掉水，可以回收离子液体。其中木质素的收率为10.15%?32.19% ;去离子水的质量为离子液体质量的1-10 倍； 第四步:将上述得到的木质素配成质量浓度为15被％?40被％的悬浮液，并调节悬浮液的PH值至4.5?8.5 ; 第五步:向上述悬浮液中加入亚硫酸钠，在105°C?150°C下搅拌反应2?10小时，反应后过滤，得到滤液。其中亚硫酸钠与木质素的比值为(1.5?4)mmol/g ; 第六步:将所得的滤液进行浓缩及喷雾干燥，制得木质素磺酸钠。2.根据权利要求1，其特征在于，所述离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-苄基-3-甲基咪唑氯盐、1-己基-3-甲基咪唑氯盐、I 丁基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-苄基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-己基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-苄基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、1-苄基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、1-己基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、1-丁基-3-羧甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-乙基-3-羧甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-苄基-3-羧甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、1-己基-3-羧甲基咪唑三氟甲基磺酸盐中的一种或多种。3.根据权利要求1，其特征在于，所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、乙腈、甘油、异丙醇中的一种或多种。4.根据权利要求1，其特征在于，所述农作物秸杆包括玉米秸杆、稻草、小麦秸杆、甘蔗秸杆、棉花秸杆、薯类秸杆、油料秸杆中的一种或多种。
【文档编号】C08H7/00GK105885058SQ201410605746
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月3日
【发明人】吴迪
【申请人】吴迪