离子液体用于木质纤维素类生物质拆分的技术的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种离子液体用于木质纤维素类生物质拆分的技术。木质纤维素原料主要由植物细胞壁组成，细胞壁包括纤维素、半纤维素和木质素三种主要成分，它们紧密的交织连接在一起，很难分离。该技术先用离子液体进行拆分预处理，阳离子为烷基咪唑阳离子，阴离子为烷基磷酸酯阴离子，为一种或两种及以上的离子液体复配，浸泡原料1～24小时，使原料发生膨胀，并采用超声波破壁0.5～5小时，可有效破坏纤维素与木质素和半纤维素的物理化学结合键。拆分预处理后，用质量百分含量为10～100％醋酸水溶液溶解半纤维素，4％氢氧化钠脱除木质素，滤渣烘干后得到优质纤维素。该方法可保持纤维素提取量，又能较多脱除木质素和半纤维素。
【专利说明】离子液体用于木质纤维素类生物质拆分的技术
【技术领域】
[0001] 本发明涉及木质纤维素类生物质拆分的领域，特别用离子液体进行原料拆分预处 理。
【背景技术】
[0002] 木质纤维素原料主要由植物细胞壁组成，细胞壁由三大组分：纤维素、半纤维素、 木质素组成。纤维素和半纤维素或木质素分子之间结合主要依赖于氢链；半纤维素和木质 素之间除了氢键外，还存在着化学键结合，主要为醚键、脂键、糖甘键和缩醛键，使纤维素， 半纤维素与木质素交联结合在一起形成复合体，使得各组分难以分离。木质纤维素原料结 构的复杂性导致其不能实现高效转化，其预处理技术作为高效转化的瓶颈，已成为世界各 个国家研究的热点。
[0003] 通过物理法、化学法、物理化学法、生物法等多种预处理手段，可使后续过程的转 化效率提高。但是传统的物理化学处理能耗高，而且不同程度地存在环境污染；蒸汽爆破法 处理时间短，化学药品用量少，无污染，能耗低等优点，但温度、压力还是偏高，并产生了一 定的生物抑制物；湿式氧化法是一种有效的使木质素分解，半纤维素溶解，得到的纤维素纯 度较高，质量较好的方法，但其反应的选择性仍不够，其中半纤维素易氧化损失。臭氧分解 处理法与其相似，反应的选择性稍好些，但仍难控制。
【发明内容】
[0004] 本发明以笋壳、竹粉、茶渣、秸杆、麦杆、稻草杆、高粱杆、玉米皮、中药渣等农业废 弃物为原料，以烷基咪唑磷酸酯类离子液体和超声波辅助对木质纤维素原料进行拆分预处 理。烷基咪唑磷酸酯类离子液，含有一个特殊的咪唑环状结构，咪唑环的诱导效应使P= 0 键上的氧原子电子云密度增大，而磷原子受到环和氧原子的空间位阻作用，被阻碍了与氢 质子的相互接触，所以，氧原子处有一种很强质子化作用，非常容易与木质纤维素中氢质子 之间发生P= 0…H-0结合，形成的氢键能破坏木质纤维素的复杂键结构。同时辅助超声波 破壁，超声波是一种弹性波，它能产生并传递强大的能量。大能量的超声波作用在液体里， 在振动处于稀疏状态时，声波在植物组织细胞里比电磁波穿透更深，停留时间也更长，使液 体被击成很多的小空穴。这些小空穴一瞬间就闭合，闭合时产生很高的瞬间压力，即产生 "空化"作用，使植物细胞破裂，使木质纤维素组分拆分变得容易。适当调节温度和压力，离 子液体这种作用力可以解除，恢复原来的分子状态，可回收离子液体。此外，此类离子液体 可以通过一步反应，具有产量高，易制备和纯化，反应收率高（> 90% )，成本低（为普通离 子液体的30?40% )，对环境的毒性低的优点，这使它们有希望在工业推广使用。
[0005] 由于，在生物质炼制过程，会产生大量的醋酸废水。例如，以燕麦壳、玉米芯、棉籽 皮、稻壳、花生壳、荞麦壳、玉米杆和麦秸等农业废弃物，制备糠醛过程中就会产生大量醋酸 废水。如不经回收醋酸而直接排放，既污染环境，又浪费资源。原料预处理后，采用10? 100%醋酸水溶液溶解半纤维素，加4%氢氧化钠脱除木质素，滤渣用热水洗至滤液无中性 洗涤剂且pH= 7. 0,放入烘箱中烘干，得到优质纤维素。
[0006] 本发明的优点在于：
[0007] 1)离子液体的品种很多，对于特定的难分离体系总能找到一种合适的离子液体来 强化木质纤维素原料拆分效果；
[0008] 2)可获取优质的纤维素，既能保持纤维素提取量，又可较多脱除木质素和半纤维 素；
[0009] 3)离子液体无毒，无腐蚀，无燃性，安全指数高，是一种绿色的溶剂。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合实施例对本发明进一步说明。
[0011] 实施例1
[0012] 以笋壳原料，蒸馏水冲洗，烘干，粉碎，过40目，然后沸水浴脱蜡6h，除水溶性多 糖，抽滤，干燥。称取2g烘干笋壳，加入20g的1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯，超声波 辅助破壁1小时，温度50°C下浸泡2小时后，过滤，水洗。加入50%醋酸水溶液充分混合， 80°C水浴搅拌反应3h，取滤渣，用水洗涤抽滤，烘干。烘干的滤渣装入250ml三口烧瓶中，力口 入60g的4%NaOH水溶液，在100°C水浴加热2h。滤渣用热水洗至pH= 7. 0,放入烘箱中 烘干，得到优质纤维素。其中纤维素含量，木质素脱除率和半纤维素脱除率影响见表1 :
[0013] 表 1
[0014]
【权利要求】
1. 一种离子液体用于木质纤维素类生物质拆分的技术，其特征是包括如下步骤： ⑴离子液体为烷基咪唑磷酸酯类离子液体，温度30?100°C，浸泡1?24小时，超声 波辅助破壁〇. 5?5小时，对原料进行拆分预处理； (2) 加入10?100 %醋酸水溶液溶解半纤维素； (3) 用4%的氢氧化钠脱除木质素，滤渣烘干后得到优质纤维素； (4) 该方法采用离子液体和超声波预处理原料，可有效破坏纤维素与木质素和半纤维 素的物理化学结合，得到优质纤维素。
2. 根据权利要求1所述分离方法，其特征在于所使用的离子液体，阳离子为烷基咪唑 阳离子，阴离子为烷基磷酸酯阴离子，离子液体为一种或两种及以上的离子液体复配。 1，3_二甲基咪唑磷酸二甲酯盐、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐、1-乙基-3-甲基 咪唑磷酸二甲酯盐、1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐、1，2, 3-三甲基咪唑磷酸二甲酯盐。
3. 根据权利要求1所述分离方法，其特征在于离子液体和超声波辅助进行原料预处理 后，再进行木质素，纤维素和半纤维素拆分。
4. 根据权利要求1所述分离方法，其特征在于预处理后，采用10?100%醋酸水溶液 溶解半纤维素。
【文档编号】D21H11/12GK104420380SQ201310421467
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】彭勇, 平丽娟, 毛建卫 申请人:浙江科技学院