专利名称：基于氯化铝法从烟草废弃物中提取纤维素的方法
技术领域：
本发明涉及化工领域，特别涉及农业废料的化学提取方法。
背景技术：
烟草的综合利用已进行了许多研究，例如从烟叶中提取分离出香料物质、烟碱、蛋白质及有机酸等，这些科研成果为烟草的综合利用开辟了广阔的前景。目前国内外种植的烟草主要用作卷烟。作为烟草生产大国，我国毎年烟叶产量450 500万吨，其中约有近25%的烟叶、烟末等下脚料被废弃，不能用于卷烟生产。有效的处理大量的烟草废弃物料，是ー个关乎国计民生的问题。纤维素作为ー种天然的高分子材料，被广泛用于医药、造纸等行业，具有很大的市场前景。由于纤维素被半纤维素和木质素包裹着以及其复杂的晶体结构，必须通过一定的预处理方式才容易使其结构被破坏，更有利于纤维素的溶解。目前的预处理方式和溶解纤维素的溶剂，但由于应用成本较高、回收困难、环境污染严重，而不利于エ业化的批量生产。本发明针对以上问题，利用氯化铝法从烟草废弃物中提取纤维素的エ艺，尚未见有其它报道。
发明内容
本发明的目的在于提供从烟草废料中提取纤维素的方法，该方法操作简单，收率高，适用于エ业化生产。为实现上述目的，本发明的技术方案为基于氯化铝法从烟草废弃物中提取纤维素的方法，具体包括以下步骤A原料预处理将烟草废弃物粉碎，放入水中浸泡不少于6个小时并烘干，得预处理料；B活化处理加入相当于所述预处理料5-20倍体积的氯化铝溶液，所述氯化铝溶液的浓度为O. 1-1. Omol/L，在100-200°C条件下进行充分的溶解反应至少30分钟，得反应液，将所述反应液进行固液分离，取滤洛，所述滤洛为纤维素。进一歩，将步骤B所得滤渣用冷水冲洗，抽滤并烘干，得到纤维素。在步骤B之后，还包括将离子液体I-丁基-3-甲基咪唑氯盐加到步骤B所得纤维素中，并在60 120°C下进行溶解反应不少于30分钟，固液分离，所述液体为纤维素溶液；所述纤维素与所述离子液体I-丁基-3-甲基咪唑氯盐的质量比为I : 6 I : 20。在步骤A中，优选为将烟草废渣料粉碎至粒径不大于20目。在步骤A中优选为所述浸泡时间为8小吋。进ー步，步骤B中，加入相当于所述预处理料14倍体积的氯化铝溶液，所述氯化铝溶液的浓度为O. 6mol/L，在150°C条件下进行充分的溶解反应60分钟，得反应液，将所述反应液进行真空抽滤，抽滤的时间不少于10分钟。
进一歩，将步骤B所得滤渣用冷水冲洗，抽滤并进行真空干燥，干燥温度为70 100°C，干燥时间为10 12小时。进ー步，所述溶解反应在搅拌状态下进行，反应时间为30 240分钟。进ー步，所述固液分离的方式具体为离心分离，离心的时间为5 8分钟，离心速度为1500 4000转/分钟。本发明相对现有技术有如下的优点本发明采用的エ艺简単、节能环保，通过氯化铝溶液预处理技术处理烟草原料即达到破坏纤维素结构，又达到活化纤维素的目的。同时还能有效提取半纤维素，污染小；活化后的纤维素用离子液体溶解，不仅溶解性能好，采用旋转蒸发仪回收离子液体，节约了生产成本。本发明环境污染小、成本较低，极大的扩大了农作物烟草废弃物的利用范围，具有广阔的市场前景和巨大的エ业生产潜力。
图I为未经任何处理的烟草废弃物的SEM图。图2为经氯化铝溶液预处理活化后的烟草废弃物的SEM图。图3为经本发明处理的再生纤维素的SEM图。
具体实施例方式本发明中所指的烟草废弃物，又名烟草下脚料，具体为废次的烟叶、烟梗。大量低、次烟叶和卷烟下脚料，烟草废弃物是卷烟生产中产生的大量副产品，富含各种有机成分和次生代谢产物。烟草废弃物也可以用烟草作材料替代。下述实施例中的烟草废弃物来自于重庆银福生物有机肥有限公司，其含水量为7%。下述实施例中，纤维素的纯度是指纤维素的收率。纤维素的纯度检测方法为硝酸こ醇法。实施例中烟草废弃物的纤维素总含量为34%。木质素，半纤维素纯度的检测方法为范式纤维素。本发明，同申请号为201110248518. 3的中国专利申请中采用的氯化铁在效果或作用上的区别在于1、无水氯化铝在石油エ业中及其他某些有机合成反应中用作催化剂。2、氯化铝的价键性质铝为Sp3轨道杂化，分子中存在桥键，和こ硼烷的结构相似(AlCl3的分子式其实是Al2Cl6),这样可以让Al达到八电子稳定结构。但Al2Cl6可以和路易斯碱作用，例如A12C16+2C1_ — 2[A1C1J_。产物相当于AlCl3单体和路易斯碱的加合物，因此氯化铝仍然是ー种非常好的路易斯酸(路易斯酸性较强)，利用其性质常用来做有机反应的催化剂。3、需要注意一点的是，虽然氯化铝是由金属原子和非金属原子化合而成，但氯化铝(AlCl3)并不属于离子化合物，而属于共价化合物。氯化铁为离子型化合物，且没有氯化铝催化氢键断裂功能強。实施例I未经任何处理的烟草废弃物，其SEM图如图I所示，原料表面平整、结构整齐。将IOOg烘干后的烟草生产废弃物料粉碎为粒径为40目，放入水中浸泡6个小时，将烟草废弃物处理蓬松，去除杂质后与干燥箱内烘干，得预处理料。将上述预处理料过滤，检测滤渣中的纤维素含量为硝酸こ醇法。
同时，将IOOg烘干后的烟草生产废弃物料粉碎为粒径为40目，放入水中浸泡6个小时，将烟草废弃物处理蓬松，去除杂质后与干燥箱内烘干，得预处理料。将预处理料于浓度为O. 2mol/l氯化铝溶液在120°C条件下反应时间30分钟，得反应液，上述氯化铝溶液的用量相当于所述预处理料5倍体积，起到活化烟草废弃物粉末的作用，活化是指即通过物理和化学的方法对纤维素进行预处理。纤维素难以溶于普通溶剂，将纤维素活化，増加其活性表面积，改善微孔结构，促进反应试剂的滲透、扩散和润胀，可提高纤维素的溶解性能。用去离子水冲洗至中性，将所述反应液进行真空抽滤，抽滤的时间30分钟，取滤渣，所述滤渣为纤维素的粗品，如图2所示，处理后原料有序结构破坏明显，结构变的蓬松描述图2，粗品中纤维素的含量为34%。提取滤渣后，回收氯化铝溶液。同时将滤渣在80°C真空干燥12小吋，将取滤渣后剩余的滤液调节PH值为3.0，待固体沉淀产生完全后，进行液固分离，所述固体沉淀为半纤维素。在每O. 5g所得干燥的滤渣中加入4. 5g离子液体I-丁基-3-甲基咪唑氯盐(兰州化工研究所生产)，在80°C下溶解120分钟，采用3000转/分钟的转速离心分离5分钟，得 到纤维素溶液，用去离子水提取得到再生纤维素固体，60°C下真空干燥10小时如图3所示，物料表面出现了明显的空穴、凹坑和裂纹等现象。将所述滤液调节pH至4，并在70°C条件下反应40分钟，待冷却后去除液相，剰余固体为木质素。另用旋转蒸发仪蒸发，根据沸点不同，将离子液体蒸发回收，申请号为201110248519. 8的的中国专利申请对其进行了描述。经分析可得，半纤维素为10. 5g,收率为80. 7% ;纤维素为28. 5g,收率为86. 4% ；木质素为5. 4g，收率为75.7%。实施例2将IOOg烘干后的烟草生产废弃物料粉碎为粒径为60目，放入水中浸泡8个小时，将烟草废弃物处理蓬松，去除杂质后与干燥箱内烘干，得预处理料。用浓度为O. 4mol/l氯化铝溶液在130°C条件下反应时间40分钟，得反应液，上述氯化铝溶液的用量相当于所述预处理料20倍体积，起到活化烟草废弃物粉末的作用，用去离子水冲洗至中性，将所述反应液进行真空抽滤，抽滤的时间不少于10分钟，取滤渣，所述滤渣为纤维素的粗品，粗品中所有纤维素的含量为34%。提取滤渣后，回收氯化铝溶液。同时将滤渣在80°C真空干燥12小吋，将取滤渣后剩余的滤液调节PH值为4.0，待固体沉淀产生完全后，进行液固分离，所述固体沉淀为半纤维素。在每O. 5g所得干燥的滤渣中加入5. 5g离子液体I- 丁基_3_甲基咪唑氯盐(兰州化工研究所生产)，在80°C下溶解150分钟，采用3000转/分钟的转速离心分离5分钟，得到纤维素溶液，用去离子水提取得到再生纤维素固体，60°C下真空干燥10小吋。将所述滤液调节PH至6，并在80°C条件下反应30分钟，待冷却后去除液相，剰余固体为木质素。经分析可得，半纤维素为10. 7g,纯度为82. 3%,纤维素为28. 8g,纯度为85. 45%,木质素为5. 6g,纯度为80. O %。实施例3将IOOg烘干后的烟草生产废弃物料粉碎为粒径为120目，放入水中浸泡12个小时，将烟草废弃物处理蓬松，去除杂质后与干燥箱内烘干，得预处理料。用浓度为O. 6mol/l氯化铝溶液在150°C条件下反应时间60分钟，得反应液，上述氯化铝溶液的用量相当于所述预处理料14倍体积，起到活化烟草废弃物粉末的作用，用去离子水冲洗至中性，将所述反应液进行真空抽滤，抽滤的时间不少于10分钟，取滤渣，所述滤渣为纤维素的粗品，粗品中所有纤维素的含量为。提取滤渣后，回收氯化铝溶液。同时将滤渣在80°c真空干燥12小时，将取滤洛后剩余的滤液调节pH值为5. O,待固体沉淀产生完全后,进行液固分离,所述固体沉淀为半纤维素。在每O. 5g所得干燥的滤渣中加入6. 5g离子液体I- 丁基-3-甲基咪唑氯盐(兰州化工研究所生产)，在80°C下溶解150分钟，采用3000转/分钟的转速离心分离5分钟，得到纤维素溶液，用去离子水提取得到再生纤维素固体，60°C下真空干燥10小吋。将所述滤液调节PH至6，并在80°C条件下反应40分钟，待冷却 后去除液相，剰余固体为木质素。经分析可得，半纤维素为11. 2g,纯度为86. 2%,纤维素为19. 8g,纯度为90. 0%,木质素为5. 8g,纯度为82. 9%。实施例4将烟草废弃物粉碎后过120目筛，放入水中浸泡12个小时，将烟草废弃物处理蓬松，去除杂质后与干燥箱内烘干，得预处理料。滤渣80°C真空干燥12小时，将所述滤液调节PH值5.0，待固体沉淀产生完全后，进行液固分离，所述固体沉淀为半纤维素。在每O. 5g所得滤渣中加入6. 5g离子液体I-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在80°C下溶解150分钟，采用3000r/min的转速离心分离5分钟，得到纤维素溶液，用去离子水提取得到再生纤维素固体，60°C下真空干燥10小吋。将所述滤液调节pH至5，并在80°C条件下反应40分钟,待冷却后去除液相,剩余固体为木质素。经分析可得，半纤维素为6. 2g,纯度为47. 7%,纤维素为9. 8g,纯度为44. 5%,木质素为2. 8g,纯度为40. 0% ο实施例5将IOOg烘干后的烟草生产废弃物料粉碎为粒径为40目，放入水中浸泡12个小时，将烟草废弃物处理蓬松，去除杂质后与干燥箱内烘干，得预处理料。用浓度为O. 05mol/I氯化铝溶液在120°C条件下反应时间30分钟，得反应液，上述氯化铝溶液的用量相当于所述预处理料4倍体积，起到活化烟草废弃物粉末的作用，用去离子水冲洗至中性，将所述反应液进行真空抽滤，抽滤的时间不少于10分钟，取滤渣，所述滤渣为纤维素的粗品，粗品中纤维素的含量为34%。提取滤渣后，回收氯化铝溶液。同时将滤渣在80°C真空干燥12小时，将取滤洛后剩余的滤液调节pH值为5. O,待固体沉淀产生完全后,进行液固分离,所述固体沉淀为半纤维素。在每O. 5g所得干燥的滤渣中加入4. 5g离子液体I- 丁基_3_甲基咪唑氯盐(兰州化工研究所生产)，在80°C下溶解120分钟，采用3000转/分钟的转速离心分离5分钟，得到纤维素溶液，用去离子水提取得到再生纤维素固体，60°C下真空干燥10小吋。将所述滤液调节PH至5，并在80°C条件下反应40分钟，待冷却后去除液相，剰余固体为木质素。经分析可得，半纤维素为6. Ig,纯度为46. 9%,纤维素为8. 8g,纤维素的纯度为38. 3%,木质素为3. 7g，纯度为52.9%0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，尽管參照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗g和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.基于氯化铝法从烟草废弃物中提取纤维素的方法，其特征在于，具体包括以下步骤 A原料预处理 将烟草废弃物粉碎，放入水中浸泡不少于6个小时并烘干，得预处理料； B活化处理 加入相当于所述预处理料5-20倍体积的氯化铝溶液，所述氯化铝溶液的浓度为O.1-1. Omol/L，在100-20(TC条件下进行充分的溶解反应至少30分钟，得反应液，将所述反应液进行固液分离，取滤洛，所述滤洛为纤维素。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，将步骤B所得滤渣用冷水冲洗，抽滤并烘干，得到纤维素。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，将离子液体I-丁基-3-甲基咪唑氯盐加到步骤B所得纤维素中，并在60 120°C下进行溶解反应不少于30分钟，固液分离，所述液体为纤维素溶液；所述纤维素与所述离子液体I-丁基-3-甲基咪唑氯盐的质量比为I : 6 I : 20。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤A中，将烟草废渣料粉碎至粒径不大于20目。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤A中，所述浸泡时间为8小时。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤B中，加入相当于所述预处理料14倍体积的氯化铝溶液，所述氯化铝溶液的浓度为O. 6mol/L，在150°C条件下进行充分的溶解反应60分钟，得反应液，将所述反应液进行真空抽滤，抽滤的时间不少于10分钟。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，将步骤B所得滤渣用冷水冲洗，抽滤并进行真空干燥，干燥温度为70 100°C，干燥时间为10 12小时。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶解反应在搅拌状态下进行，反应时间为30 240分钟。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述固液分离的方式具体为离心分离，离心的时间为5 8分钟，离心速度为1500 4000转/分钟。
全文摘要
本发明涉及农业废料的化学提取方法，具体为基于氯化铝法从烟草废弃物中提取高纯度纤维素的方法，具体包括以下步骤将烟草废弃物粉碎，放入水中浸泡不少于6个小时并烘干，得预处理料；加入相当于所述预处理料5-20倍体积的氯化铝溶液，所述氯化铝溶液的浓度为0.1-1.0mol/L，在100-200℃条件下进行充分的溶解反应至少30分钟，得反应液，将所述反应液进行固液分离，取滤渣，所述滤渣为纤维素；本发明采用的工艺简单、节能环保，同时还能有效提取半纤维素，污染小；活化后的纤维素用离子液体溶解，不仅溶解性能好，还能有效地回收离子液体，节约了生产成本。
文档编号D21C3/18GK102733218SQ20121004267
公开日2012年10月17日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年2月23日
发明者张健荣, 曾国明, 王远亮, 郑羽西, 陈奎, 魏小娅 申请人:重庆恒远晋通科技有限公司