1.本发明属于纤维素提取技术领域，具体涉及一种利用离子液体提取高纯度纤维素材料的方法。
背景技术：
2.中国是农业大国，作为主要农作物的秸秆资源丰富，其中玉米秸秆的产量约2亿吨，且保持了快速增长的态势。近年来，秸秆资源的利用逐渐得到社会的重视，秸秆综合利用率超80％，但是也出现了利用成本过高，利用结构不合理和产业链短等问题，大量的秸秆被丢弃、焚烧，不仅浪费资源还造成环境污染。
3.纤维素是地球上储量最丰富的生物质资源，主要从棉花、木材等植物中获取，可用于制造包括精细化学品在内的各种材料和产品，最常见的如木材、纺织品、纸张等。当今，随着技术的发展和人们生活水平的提高，越来越多的石油化工产品被用于人类的生活和生产当中，但这类产品在生产过程中以及在达到使用寿命后会产生一系列的污染物，严重危害生态环境环境。玉米秸秆含有大量的纤维素，是一种绿色的生物质资源，利用价值较高，从玉米秸秆中提取纤维素代替部分化工产品，可以减少化工石油原料的消耗，促进社会的可持续发展。但由于玉米秸秆成分复杂，导致纤维素的提取分离效率不高。因此，需要对玉米秸秆中纤维素提取条件进行研究，提高纤维素的利用率。
4.根据所使用方法的不同性质，纤维素提取工艺可分为物理处理法和化学处理法。物理处理法主要包括机械粉碎法、高温分解法、和超声波处理法等，通过对木质纤维原料物理结构的改变，增加其与化学试剂的接触面积，促进纤维素与其他组分的分离。
5.机械粉碎法是最常用的处理方法之一，主要通过研磨、剪切和粉碎作用改变木质纤维素原料的物理结构和颗粒大小，进而增加其比表面积，降低纤维素的结晶度，增加化学试剂或酶对原料的可及性。虽然机械粉碎法对纤维素材料的反应活性有所提高，但其能耗大，成本高，应用前景不佳。
6.高温分解法是指在300℃以上的高温条件下对木质纤维材料进行处理，其中含有的纤维素会快速分解为气体和焦状残渣。在高温分解过程中，加入氧气会明显加快分解速率。但是高温分解法除了需要高温作为反应条件，能耗大，还需要加入一定量易挥发的酸性物质参与反应，这些酸性物质不易处理，并且难以回收利用。
7.超声波处理法是指使用频率高于20000赫兹的声波对物料进行处理。佛罗里达大学分别对混合办公废纸和硫酸盐浆进行超声波预处理，研究发现超声波可以打开纤维素结晶区，破坏木质素大分子，松散木质纤维的类结构，使得木浆纤维的超微结构以及形态结构都发生了明显的变化，这些变化将有效提高纤维素酶对木制纤维原料的可及性。
8.物理法的优势在于简单易行、容易实施，但能耗大、成本高也是该类方法最主要的劣势所在。
9.化学处理法是指使用酸、碱、氧化剂等一些化学试剂处理木质纤维素原料的方法。通过破坏纤维素、半纤维素和木质素的结晶结构，使木质素和半纤维素溶解或降解。化学处
理法包括碱处理法、酸处理法和有机溶剂处理法。
10.碱处理法是通过oh
‑
皂化半纤维素和木质素间的酯键，同时削弱半纤维素和纤维素间的氢键，增加内部表面积，降低结晶度和聚合度，使木质素结构遭到破坏。常用的碱处理化学试剂有氢氧化钠、氨水、石灰等。碱处理分离法主要用于造纸产业，碱性过氧化氢处理法是目前研究较多的方法。但是碱处理法生产过程中产生大量废液，且回收成本过高，易造成环境污染。酸解法常用的酸为硫酸、硝酸和盐酸，主要通过酸溶液把生物质原料中的纤维素和半纤维素水解为单糖。无机酸由于其应用的广泛性、高效性及经济可行性被广泛研究。酸预处理工艺的优势在于原料处理时间短，较易实现工业化生产。其劣势是在处理过程中生产的糖可能会发生分解及废液后处理困难。有机溶剂法是通过开发溶剂体系，如粘胶溶剂和铜氨溶液、多聚甲醛/二甲基亚砜、硫氰酸铵/液氨等，以去除木质素，提高纤维素转化率。但这些传统溶剂体系存在溶液不稳定、毒性大、污染环境、回收困难、溶解过程复杂、产品性能差、相关成本高等问题。离子液体是指由有机阳离子和无机或有机阴离子组成的，在室温或近室温下呈液态的熔融盐。离子液体拥有独特的优良性质，如蒸汽压低、不挥发、不可燃、热熔大、热稳定性好、溶解能力强等。它作为一种新型的绿色溶剂，在纤维素溶解中发挥着巨大的作用。
11.现有的溶剂存在稳定性差、具有毒性、难以回收等缺点，对纤维素的加工、利用造成困难。离子液体的出现为纤维素的溶解提供了一种环境友好、可生物降解的溶剂体系。当温度超过木质素玻璃化转变温度时，离子液体溶解木质纤维素的能力增强，但是纤维素剧烈降解。
技术实现要素：
12.发明目的：针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用离子液体提取高纯度纤维素材料的方法，通过引入助剂抑制纤维素在温度超过木质素玻璃化转变温度时的降解，实现高温下以较高的收率和纯度提取秸秆中纤维素。
13.技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
14.一种利用离子液体提取纤维素材料的方法，包括以l
‑
精氨酸为助剂，离子液体为溶剂，从植物中提取纤维素。
15.优选的，所述离子液体的结构式如下所示：
[0016][0017]
其中，取代基团r1位为甲基，r2位为烷基或烯烃基，x
‑
选自cl
‑
、br
‑
或i
‑
。
[0018]
优选的，所述离子液体选自[bmim]cl、[amim]cl、[emim]cl、[amim]br等。
[0019]
优选的，所述植物选自农作物秸秆、木材、果壳等。
[0020]
优选的，所述提取的温度为150
‑
190℃。
[0021]
优选的，所述提取的时间为0.25
‑
9.0h。
[0022]
优选的，所述l
‑
精氨酸的质量分数为离子液体质量的2.5％
‑
7.5％。
[0023]
本发明提供的具体方法为：以秸秆为原料，以l
‑
精氨酸为助剂，离子液体为溶剂。首先将l
‑
精氨酸和离子液体混合成二元体系。然后用该混合体系溶解秸秆，加入适量的
dmso离心，取上清液加入过量的丙酮水溶液搅拌，产物离心分离，沉积的碳水化合物在冻干机中干燥，得到再生的纤维素材料。
[0024]
本发明方法中以l
‑
精氨酸作为助剂可以破坏纤维素周围的木质素
‑
半纤维素复合体，抑制纤维素的降解，促进秸秆在离子液体中的溶解，提高纤维素的提取效率。
[0025]
有益效果：与纯离子液体相比，本发明方法的特点是溶解温度在木质素玻璃化转变温度以上，高温可以破坏木质素
‑
半纤维素复合体促进植物的溶解，而l
‑
精氨酸可以抑制纤维素在高温下的降解。从而大大提高离子液体提取纤维素的分离效率。采用本发明提供的方法获得的纤维素可以用于制备各种高附加值得纤维素复合材料，制备各种化学品。
具体实施方式
[0026]
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
[0027]
以下实施例中：
[0028]
纤维素的提取率按公式(1)计算：
[0029]
纤维素提取率r＝w1/w0*100％
ꢀꢀ
(1)
[0030]
其中，r为纤维素提取率，w0为秸秆中纤维素的初始质量，w1为提取的纤维素的质量。
[0031]
实施例1
[0032]
将0.3g玉米秸秆，2.5％l
‑
精氨酸，6g[bmim]cl加入到三口烧瓶中。在油浴中加热到150℃，反应1h后停止反应。溶液中加入7.5ml dmso稀释后离心，取上清液，加入60ml的丙酮水溶液(1:1)搅拌，产物离心分离，沉积在底部的碳水化合物在冻干机中干燥，得到再生物，对其进行红外光谱，核磁共振光谱表征，以hplc分析其中纤维素含量。得到的纤维素收率为36.91％，纯度73.97％。
[0033]
实施例2
[0034]
将0.3g玉米秸秆，2.5％l
‑
精氨酸，6g[bmim]cl加入到三口烧瓶中。在油浴中加热到150℃，反应9.00h后停止反应。溶液中加入7.5ml dmso稀释后离心，取上清液，加入60ml的丙酮水溶液(1:1)搅拌，产物离心分离，沉积在底部的碳水化合物在冻干机中干燥，对其进行红外光谱，核磁共振光谱表征，以hplc分析其中纤维素含量。得到的纤维素收率为82.12％，纯度84.54％。
[0035]
实施例3
[0036]
将0.3g玉米秸秆，7.5％l
‑
精氨酸，6g[bmim]cl加入到三口烧瓶中。在油浴中加热到190℃，反应0.25h后停止反应。溶液中加入7.5ml dmso稀释后离心，取上清液，加入60ml的丙酮水溶液(1:1)搅拌，产物离心分离，沉积在底部的碳水化合物在冻干机中干燥，对其进行红外光谱，核磁共振光谱表征，以hplc分析其中纤维素含量。得到的纤维素收率为82.43％，纯度80.47％。
[0037]
对比例
[0038]
将0.3g玉米秸秆，0.0％l
‑
精氨酸，6g[bmim]cl加入到三口烧瓶中。在油浴中加热到150℃，反应9.00h后停止反应。溶液中加入7.5ml dmso稀释后离心，取上清液，加入60ml
的丙酮水溶液(1:1)搅拌，产物离心分离，沉积在底部的碳水化合物在冻干机中干燥，对其进行红外光谱，核磁共振光谱表征，以hplc分析其中纤维素含量。得到的纤维素收率为26.05％，纯度70.15％。
[0039]
本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。