专利名称：基于氯化铁预处理的烟草纤维素提取方法
技术领域：
本发明涉及化工领域，特别涉及从植物中提取纤维素和半纤维素的工艺。
背景技术：
我国烟草种植面积大，产量高、但烟草种植业目前主要利用了优质烟叶用于卷烟、10倍以上的烟茎、烟筋和烟末作为废弃物堆放或燃烧，这不但造成了资源浪费，而且引起了环境污染，成为影响烟草行业发展的难题之一。若对烟草废料进行“资源化”利用， 不仅可以变废为宝，而且可以提高国民经济收入，促进我国“两烟“产业的健康发展。烟草中含有丰富的纤维素。纤维素可被广泛用于纺织、医药、发酵产乙醇、乳酸等行业，具有很高的社会价值。但由于其复杂的空间结构和致密的结晶度，严重阻碍了纤维素的工业化应用。烟草中的半纤维素是指烟草细胞壁中与纤维素紧密结合的多糖混合物，可用于制备酵母或核糖核酸，再衍生成肌苷单磷酸制和鸟苷蛋磷脂酸，可用作调味剂、抗癌剂或抗病毒及。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种烟草的预处理方法，该方法可以实现同时实现降解半纤维素和活化纤维素的目的。为实现上述目的，本发明的技术方案为
烟草的预处理方法，将烟草用浓度为0. 2-0. 6mol/L的氯化铁溶液在温度为120-140°C 条件下反应不低于20-40分钟，得烟草预处理液。进一步，将烟草用浓度为0. 4mol/L的氯化铁溶液在温度为120-140°C条件下反应不低于30分钟，得烟草预处理液。进一步，所述烟草粒径为20目以上。本发明的目的之二在于提供一种烟草料，该烟草料可用于提取纤维素或半纤维
ο为实现上述目的，本发明的技术方案为 所述的烟草的预处理方法所得的烟草预处理液。本发明的目的之三在于提供一种纤维素的提取方法，该方法能耗小，成本低。为实现上述目的，本发明的技术方案为
基于所述的烟草提取纤维素的方法，具体包括以下步骤 A洗涤
将所述烟草预处理液洗涤至中性，过滤，干燥，得中性烟草预处理料； B溶解反应
在步骤A所得中性烟草预处理料加入相当于烟草质量10-15倍的1- 丁基-3-甲基咪唑氯盐，在80-100°C条件下进行充分的溶解反应，得反应液，将所述反应液进行固液分离，取液体，所述液体为纤维素溶液； C纤维素的获得
在步骤B所得纤维素溶液中加入水介质，所述纤维素溶液与水介质的体积比为1:3-5， 搅拌不少于30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素。进一步，在步骤B中，所述固液分离的方式为离心，离心的时间不少于5分钟，离心的速度不低于1500转/分。进一步，在步骤C中，将所述滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素，所述干燥温度为50-80°C。进一步，在步骤C中，在步骤B所得纤维素溶液中加入相当于纤维素溶液体积3-5 倍的去离子水，搅拌不少于240分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素。本发明的目的之四在于提供一种提取半纤维素的方法，该方法以烟草提取纤维素后的废液为原料，绿色环保。为实现上述目的，本发明的技术方案为
基于所述的烟草预处理液提取半纤维素的方法，将所述烟草预处理液过滤，得滤液，将所述滤液调节PH值3. 0-5. 0，待充分产生固体沉淀，进行液固分离，所述固体沉淀为半纤维
ο进一步，将所述烟草预处理液过滤，得滤液，将所述滤液调节pH值3. 0-5. 0，产生固体沉淀，进行液固分离，收集固体，液固分离后的液体用乙醇沉淀法进行沉淀，收集沉淀， 将所述固体沉淀和所述沉淀进行合并，得合并物，所述合并物为半纤维素。本发明的有益效果在于氯化铁预处理是一种有效的预处理方法，其能耗低，对环境影响小。烟草纤维素原料经过氯化铁预处理后，半纤维素降解，结构遭到破坏，同时可以达到有效活化纤维素的目的。本发明选择氯化铁预处理活化烟草纤维素的优势主要有1 单独采用离子液体溶解纤维素，溶解率低，但经氯化铁技术活化后，烟草纤维素的结构被破坏，更有利于离子液体的渗透，提高了纤维素的溶解率，纤维素溶解率平均提高了 50% ；2 与传统工艺相比，氯化铁与处理技术具有能耗少，成本低等优点；3金属离子能够激发产生自由基，能够有效的破坏半纤维素、纤维素以及木质素之间的链接，破坏其分子内及分子间结构；4氯离子也具有促进离子液体溶解烟草纤维素的能力。氯化铁处理烟草废弃物后，能够去除掉90%以上的半纤维素，且所需条件温和，氯化铁溶液经回收后可以重复使用。
图1烟草纤维素的红外光谱，其中a代表未经任何处理的烟草；b代表氯化铁溶液预处理活化后的的烟草；c代表为氯化铁溶液活化后经离子液体溶解后的再生纤
会佳·O
具体实施例方式本发明中所指的烟草，也包括烟梗、烟茎和烟叶，尤其是烟草生产中废弃的烟草， 下述实施例中的烟草来自于重庆银福生物有机肥有限公司，为烟草生产废弃物，其含水量为质量分数的7%。
纤维素收率=得到的纤维素量/纤维素总量)*100% ；半纤维素收率=得到的半纤维素量/半纤维素总量)*100%.
乙醇沉淀半纤维素原理在木材及非木材植物的细胞壁里半纤维素是最复杂的组分。 它们通过氢键与半纤维素联接，与木素以共价键(主要是苯甲基醚键)联接，与乙酰基单元和羟基肉桂酸以酯键联接。半纤维素在酸性环境下，氢键发生断裂，半纤维素与低分子醇类相似，根据相似相容原理，半纤维素溶解于乙醇中，再通过旋转蒸发回收乙醇，得到半纤维素固体。
实施例1烟草预处理液的制备
将烟草用浓度为0. 2mol/L的氯化铁溶液在温度为120°C条件下反应为40分钟，得烟草预处理液。实施例2烟草预处理液的制备
将烟草料用浓度为0. 6mol/L的氯化铁溶液在温度为140°C条件下反应为20分钟，得烟
草预处理液。实施例3烟草预处理液的制备
烟草料用浓度为0. 4mol/L的氯化铁溶液在温度为130°C条件下反应为30分钟，得烟草预处理液。实施例4纤维素的提取
共分为4组，第1组为实施例1制备的烟草预处理液，第2组为实施例2制备的烟草预处理液，第3组为实施例3制备的烟草预处理液，第4组为将烟草用去离子水在温度为 100°C条件下反应为60分钟，得烟草预处理液。上述烟草预处理液均以烟草废渣粉碎成20 目过筛后为原料。纤维素的提取方法将颗粒大小在40-60目之间烟草按照液固质量比1 :1加入蒸馏水过夜。次日在蒸汽爆破压力为2. 2Mpa，维压时间为9分钟的条件下进行蒸汽爆破预处理，收集蒸汽爆破处理后的物料，105°C烘干备用。然后将烘干后的物料采用水/醇抽提的方法进行处理，以实现半纤维素、木质素与的组分分离。具体的水/醇处理方法为将烘干的烟草经75°C蒸馏水按照液固质量比30:100， 逆流抽提6次，过滤后滤液用于提取半纤维素，滤渣经体积分数为70%酒精按照固液比1 50 在160°C下油浴Ih后抽滤，滤渣为纤维素，滤液用于提取木质素。所得纤维素质量第一组为 18. 3g,第二组为19. 2g，第三组为18. 5g,第四组为12. 4g。上述纤维素经红外光谱对纤维素检测。由图1所示，烟草中含有较多的聚葡萄糖和聚木糖-阿拉伯糖-葡萄醛酸，-CH2-的变形振动和伸缩振动引起在1 400 cm-\2 900 cnT1附近有明显的吸收峰；C=O的伸缩振动引起在1 600 CnT1附近的吸收峰；C-O-C 键的伸缩振动影响1 100 cnT1附近的谱带。由红外光谱图可知，烟草原料在IlOOcnr1U 400 cm—1、3lOOcnT1附近有明显的吸收峰，而样品经氯化铁溶液处理后在1 400 CnT1U 600 cm-\3 400 cnT1附近吸收峰减弱，即-CH2-、C=0、0_H的吸收峰减弱，说明以聚木糖-阿拉伯糖-葡萄醛酸为代表的半纤维素在氯化铁溶液处理过程中发生分解；经氯化铁溶液活化后再经离子液体处理后的样品在llOOcnT1附近峰强度降低，表明C-O-C键有不同程度的断裂，C-O-C键是纤维素链上的主要结合键，它的断裂将使纤维素的聚合度有一定程度的降低。同时在1000 cm—1处的谱带明显增强。实施例5纤维素的提取
共分为4组，第1组为实施例1制备的烟草预处理液，第2组为实施例2制备的烟草预处理液，第3组为实施例3制备的烟草预处理液，第4组为将烟草用去离子水在温度为 100°C条件下反应为60分钟，得烟草预处理液。上述烟草预处理液均以烟草废渣粉碎成20 目过筛后为原料。纤维素的提取方法将4组烟草预处理液用去离子水洗涤至中性，过滤，回收氯化铁溶液，滤渣80°C真空干燥12小时，得中性烟草预处理料，在中性烟草预处理料中加入相当于中性烟草预处理料的质量10倍的1- 丁基-3-甲基咪唑氯盐，在80°C条件下进行溶解反应，得反应液，将所述反应液进行固液分离，所述固液分离的方式为离心，离心的时间为5 分钟，离心的速度1500转/分，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水，搅拌30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素；所述滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素，所述干燥温度为50°C，干燥时间为10小时。所得纤维素质量第一组为18. 5g,第二组为19. 6g，第三组为18. 3g,第四组为12. 7g。实施例6纤维素的提取
共分为4组，第1组为实施例1制备的烟草预处理液，第2组为实施例2制备的烟草预处理液，第3组为实施例3制备的烟草预处理液，第4组为将烟草料用去离子水在温度为 100°C条件下反应为60分钟，得烟草预处理液。上述烟草预处理液均以烟草废渣粉碎成40 目过筛后为原料。纤维素的提取方法将4组烟草预处理液用去离子水洗涤至中性，过滤，回收氯化铁溶液，滤渣80°C真空干燥12小时，得中性烟草预处理液预处理料，在中性烟草预处理液预处理料中加入相当于中性烟草预处理液预处理料的质量15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在100°C条件下进行溶解反应4h时间，得反应液，将所述反应液进行固液分离，所述固液分离的方式为离心，离心的时间为8分钟，离心的速度4000转/分，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为5倍的去离子水，搅拌240分钟后进行过滤， 所得滤渣为纤维素；将所述滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素，所述干燥温度为80°C，干燥时间为14小时。所得纤维素质量第一组为18. 7g,第二组为20. 6g，第三组为19. 3g,第四组为12. 5g。实施例7半纤维素的提取方法
共分为4组，第1组为实施例1制备的烟草预处理液，第2组为实施例2制备的烟草预处理液，第3组为实施例3制备的烟草预处理液，第4组为将烟草料用去离子水在温度为 100°C条件下反应为60分钟，得烟草预处理液。上述烟草预处理液均以烟草废渣粉碎成60 目过筛后为原料。半纤维素的提取方法将所述烟草预处理液调节PH值3. 0，离心分离液体和固体， 收集固体，所述液体用乙醇沉淀法进行沉淀，收集沉淀，将所述固体和所述沉淀进行合并， 得合并物，所述合并物为半纤维素。所得半纤维素质量第一组为12. 7g,第二组为13. 6g，第三组为12. 3g，第四组为10. 5g
实施例8半纤维素的提取方法
共分为4组，第1组为实施例1制备的烟草预处理液，第2组为实施例2制备的烟草预处理液，第3组为实施例3制备的烟草预处理液，第4组为将烟草料用去离子水在温度为 100°C条件下反应为40分钟，得烟草预处理液。上述烟草预处理液均以烟草废渣粉碎成60 目过筛后为原料。半纤维素的提取方法将所述烟草预处理液调节PH值5. 0，离心分离液体和固体， 收集固体，所述液体用乙醇沉淀法进行沉淀，收集沉淀，将所述固体和所述沉淀进行合并， 得合并物，所述合并物为半纤维素。所得半纤维素质量第一组为12. 9g,第二组为13. 5g，第三组为12. 7g，第四组为11. 5g。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.烟草的预处理方法，其特征在于，将烟草用浓度为0.2-0. 6mol/L的氯化铁溶液在温度为120-140°C条件下反应不低于20分钟，得烟草预处理液。
2.根据权利要求1所述的烟草的预处理方法，其特征在于，将烟草用浓度为0.4mol/L 的氯化铁溶液在温度为120-140°C条件下反应不低于30分钟，得烟草预处理液。
3.根据权利要求1所述的烟草的预处理方法，其特征在于，所述烟草粒径为20目以上。
4.权利要求1-3中任一项所述的烟草的预处理方法所得的烟草预处理液。
5.基于权利要求4所述的烟草提取纤维素的方法，其特征在于，具体包括以下步骤A洗涤将所述烟草预处理液洗涤至中性，过滤，干燥，得中性烟草预处理料；B溶解反应在步骤A所得中性烟草预处理料加入相当于烟草质量10-15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在80-100°C条件下进行充分的溶解反应，得反应液，将所述反应液进行固液分离， 取液体，所述液体为纤维素溶液； C纤维素的获得在步骤B所得纤维素溶液中加入水介质，所述纤维素溶液与水介质的体积比为1:3-5， 搅拌不少于30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素。
6.根据权利要求5所述的烟草预处理液提取纤维素的方法，其特征在于，在步骤B中， 所述固液分离的方式为离心，离心的时间不少于5分钟，离心的速度不低于1500转/分。
7.根据权利要求5所述的烟草预处理液提取纤维素的方法，其特征在于，在步骤C中， 将所述滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素，所述干燥温度为50-80°C。
8.根据权利要求5所述的烟草预处理液提取纤维素的方法，其特征在于，在步骤C中， 在步骤B所得纤维素溶液中加入相当于纤维素溶液体积3-5倍的去离子水，搅拌不少于MO 分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素。
9.基于权利要求4所述的烟草预处理液提取半纤维素的方法，其特征在于，将所述烟草预处理液过滤，得滤液，将所述滤液调节PH值3. 0-5. 0，待充分产生固体沉淀，进行液固分离，所述固体沉淀为半纤维素。
10.根据权利要求9所述的烟草预处理液提取半纤维素的方法，其特征在于，将所述烟草预处理液过滤，得滤液，将所述滤液调节PH值3. 0-5. 0，产生固体沉淀，进行液固分离，收集固体，液固分离后的液体用乙醇沉淀法进行沉淀，收集沉淀，将所述固体沉淀和所述沉淀进行合并，得合并物，所述合并物为半纤维素。
全文摘要
本发明涉及从烟草中提取纤维素的工艺，具体为烟草的预处理方法，将烟草料用浓度为0.2-0.6mol/L的氯化铁溶液在温度为120-140℃条件下反应不低于20分钟，得烟草预处理液，洗涤至中性，过滤，干燥，得中性烟草预处理料，加入相当于烟草质量10-15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在80-100℃条件下进行充分的溶解反应，得反应液，进行固液分离，取液体，所述液体为纤维素溶液，加入水介质，搅拌不少于30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素；或将所述烟草预处理液过滤，得滤液，将所述滤液调节pH值3.0-5.0，产生固体沉淀，进行液固分离，所述固体沉淀为半纤维素；本发明成本低，收率高，绿色环保。
文档编号D21C3/20GK102268827SQ201110248518
公开日2011年12月7日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者张健荣, 曾国明, 王远亮, 范志歆, 虞轶然, 钟杨, 陈奎, 魏小娅 申请人:重庆恒远晋通科技有限公司