利用离子液体捕集二氧化碳和提取壳聚糖的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用离子液体捕集二氧化碳和提取壳聚糖的方法。该方法，包括如下步骤：将能够富集二氧化碳的产品置于二氧化碳气氛中吸收二氧化碳达到平衡后，通入压缩二氧化碳至体系的压强为3-15MPa，静置后降压，收集析出的固体和产生的气体，完成所述壳聚糖的提取、二氧化碳的收集和离子液体的回收。其中，能够富集二氧化碳的产品，为由溶质和溶剂组成的溶液；溶质为脱乙酰化处理的壳聚糖粗品；溶剂为离子液体。本发明将生物质的溶解、再生和二氧化碳的捕集结合起来，使整个工艺循环起来，该方法简单、有效、可持续，可同时解决温室气体二氧化碳捕集和生物质利用两大问题。
【专利说明】利用离子液体捕集二氧化碳和提取壳聚糖的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物质利用和温室气体捕集领域，具体涉及利用离子液体捕集二氧化 碳和提取壳聚糖的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着石油、煤炭等不可再生资源的日益短缺，开发更有效的新型清洁能 源、材料来减少对石油资源的依赖成为了人们广泛关注的问题。甲壳素/壳聚糖是自然界 广泛存在的一种碱性多糖，是地球上仅次于纤维素的第二大生物资源。它是许多低等生物， 特别是虾、蟹等节肢动物外壳的重要成分，每年的生物合成量多达100亿吨，被认为是继纤 维素后又一"取之不尽"的天然原料。甲壳素除了可再生之外，还具有可生物降解、生物相 容性好、易于改性等优点，符合人类社会可持续发展的需要。特别是当甲壳素的脱乙酰度较 高，存在形式大部分是壳聚糖时，其结构上存在着较活泼的一级氨基和羟基，可以生成许多 衍生物，大大提高了这种生物质在的应用价值和应用范围，使其广泛应用于生物工程、制药 工程、环境保护、日用化工、食品工程等诸多领域。
[0003] 由于甲壳素/壳聚糖等天然生物质分子是通过较强的分子内和分子间的氢键以 聚集态的形式存在，使得它们不溶于大多数的常规溶剂，这成为了甲壳素/壳聚糖在实际 应用中的最大障碍。20世纪中叶以来，人们相继开发出了很多甲壳素/壳聚糖溶剂体系，例 如，一些无机酸和有机酸的水溶液、六氟异丙醇等。然而，这些体系或多或少存在着溶解能 力有限、溶解窗口窄、有毒、成本高、溶剂回收困难等弱点。因此，开发新型高效绿色的甲壳 素/壳聚糖溶剂一直是这一领域的研究重点之一。
[0004] 基于在绿色化学和清洁生产研究领域的成功应用，近年来，离子液体被认为是传 统挥发性溶剂的理想替代品。离子液体是完全由离子组成的室温熔融盐，由于具有熔点低、 不挥发、液程宽、热稳定性好、溶解能力强、性质可调、不易燃烧等特性，使得离子液体在众 多领域可以作为绿色溶剂，并通过分子设计和改变阴阳离子组成来对其性质进行调节，以 达到特定的应用目的。根据相关文献报道，离子液体对甲壳素/壳聚糖的溶解是通过破坏 其分子内或分子间的氢键完成的，而阴离子在溶解过程中会充当氢键受体的角色。醋酸根 (OAc)被看作是一种较强的氢键受体，所以醋酸根（OAc)型离子液体有条件作为溶解甲壳 素/壳聚糖的绿色溶剂。同时，这类离子液体对最常见的温室气体二氧化碳也有着很好的 捕集效果，而溶解后的壳聚糖分子上所带有的氨基也会在一定程度上增溶二氧化碳。
[0005] 离子液体与糖类化合物均展现出极低的蒸汽压，常规的蒸馏技术不能应用于此。 另外，常规的有机溶剂也不能将壳聚糖从离子液体中萃取出来。所以在已经溶解壳聚糖的 离子液体体系中，如何将溶质与溶剂分离依然是一个重要的课题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种利用离子液体捕集二氧化碳和提取壳聚糖的方法。
[0007] 本发明提供了一种能够富集二氧化碳的产品，为由溶质和溶剂组成的溶液；
[0008] 其中，溶质为脱乙酰化处理的壳聚糖粗品；
[0009] 溶剂为离子液体。
[0010] 上述产品中，所述离子液体选自1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-甲基咪 唑氯盐和1-丁基-3-甲基咪唑二氯醋酸盐中的至少一种；
[0011] 所述壳聚糖粗品与离子液体的质量比为1-15 :100,具体为3-9 :100、6:100、 3-6:100 或6-9:100。
[0012] 所述脱乙酰化处理的壳聚糖粗品为按照包括如下步骤的方法制备而得：
[0013] 将所述含有壳聚糖的原料烘干后，依次用盐酸、氢氧化钠水溶液、次氯酸钠水溶液 于常温下分别浸泡后，用去离子水洗涤至中性，再浸泡于氢氧化钠水溶液后，洗涤至中性而 得。
[0014] 该方法中，所述含有壳聚糖的原料为奸壳或蟹壳；或，
[0015] 所述烘干步骤中，温度为30-80°C，具体为50°C ;或，
[0016] 所述盐酸的质量百分浓度为5-20%，具体为10% ;或，
[0017] 所述氢氧化钠水溶液的质量百分浓度均为5-20%，具体为10% ;或，
[0018] 所述次氯酸钠水溶液的质量百分浓度为3-7%，具体为5% ;或，
[0019] 所述浸泡步骤中，时间均为12-24小时，具体为20-24小时。
[0020] 本发明提供的利用离子液体收集二氧化碳的方法，包括如下步骤：
[0021] 将上述本发明提供的能够富集二氧化碳的产品置于二氧化碳气氛中吸收二氧化 碳，再置于氮气气氛下吹扫，收集产生的气体，完成所述二氧化碳的收集。
[0022] 本发明还提供了一种利用离子液体提取壳聚糖和回收离子液体的方法，包括如下 步骤：
[0023] 将上述本发明提供的能够富集二氧化碳的产品置于二氧化碳气氛中吸收二氧化 碳达到平衡后，通入压缩二氧化碳，静置后降压，收集析出的固体，完成所述壳聚糖的提取 和离子液体的回收。
[0024] 另外，本发明还提供了一种利用离子液体提取壳聚糖、收集二氧化碳和回收离子 液体的方法，包括如下步骤：
[0025] 将上述本发明提供的能够富集二氧化碳的产品置于二氧化碳气氛中吸收二氧化 碳达到平衡后，通入压缩二氧化碳至体系的压强为3_15MPa，静置后降压，收集析出的固体 和产生的气体，完成所述壳聚糖的提取、二氧化碳的收集和离子液体的回收。
[0026] 上述方法中，所述离子液体选自1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐（[Bmim] OAc)、1-丁 基-3-甲基咪唑氯盐（[Bmim] Cl)和1-丁基-3-甲基咪唑二氯醋酸盐（[Bmim] DCA)中的至 少一种；
[0027] 所述二氧化碳气氛为烟道废气。
[0028] 所述1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸盐（[Bmim] OAc)的结构式如下：
[0029]
【权利要求】
1. 一种能够富集二氧化碳的产品，为由溶质和溶剂组成的溶液； 其中，溶质为脱乙酰化处理的壳聚糖粗品； 溶剂为离子液体。
2. 根据权利要求1所述的产品，其特征在于：所述离子液体选自1-丁基-3-甲基咪唑 醋酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐和1-丁基-3-甲基咪唑二氯醋酸盐中的至少一种； 所述壳聚糖粗品与离子液体的质量比为1-15 :100,具体为3-9 :100 ; 所述脱乙酰化处理的壳聚糖粗品为按照包括如下步骤的方法制备而得： 将所述含有壳聚糖的原料烘干后，依次用盐酸、氢氧化钠水溶液、次氯酸钠水溶液于常 温下分别浸泡后，用去离子水洗涤至中性，再浸泡于氢氧化钠水溶液后，洗涤至中性而得。
3. 根据权利要求1或2所述的产品，其特征在于：所述含有壳聚糖的原料为虾壳或蟹 壳；或， 所述烘干步骤中，温度为30-80°C，具体为50°C ;或， 所述盐酸的质量百分浓度为5-20%，具体为10% ;或， 所述氢氧化钠水溶液的质量百分浓度均为5-20%，具体为10% ;或， 所述次氯酸钠水溶液的质量百分浓度为3-7%，具体为5% ;或， 所述浸泡步骤中，时间均为12-24小时，具体为20-24小时。
4. 一种利用离子液体收集二氧化碳的方法，包括如下步骤： 将权利要求1-3任一所述能够富集二氧化碳的产品置于二氧化碳气氛中吸收二氧化 碳达到平衡后，置于氮气气氛下吹扫，收集产生的气体，完成所述二氧化碳的收集。
5. -种利用离子液体提取壳聚糖和回收离子液体的方法，包括如下步骤： 将权利要求1-3任一所述能够富集二氧化碳的产品置于二氧化碳气氛中吸收二氧化 碳达到平衡后，通入压缩二氧化碳，静置后降压，收集析出的固体，完成所述壳聚糖的提取 和离子液体的回收。
6. -种利用离子液体提取壳聚糖、收集二氧化碳和回收离子液体的方法，包括如下步 骤： 将权利要求1-3任一所述能够富集二氧化碳的产品置于二氧化碳气氛中吸收二氧化 碳达到平衡后，通入压缩二氧化碳至体系的压强为3-15MPa，静置后降压，收集析出的固体 和产生的气体，完成所述壳聚糖的提取、二氧化碳的收集和离子液体的回收。
7. 根据权利要求4-6任一所述的方法，其特征在于：所述离子液体选自1-丁基-3-甲 基咪唑醋酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐和1-丁基-3-甲基咪唑二氯醋酸盐中的至少一 种； 所述二氧化碳气氛为烟道废气。
8. 根据权利要求4-7任一所述的方法，其特征在于：所述溶解步骤中，温度为 60-130°C，具体为 110°C。
9. 根据权利要求4-8任一所述的方法，其特征在于：所述二氧化碳气氛中，温度为 10-50°C，具体为 25°C ;或， 所述吹扫步骤中，温度为50-90°C，具体为80°C ;或， 所述压缩二氧化碳的温度为10_50°C，具体为25°C。
10. 根据权利要求4-9任一所述的方法，其特征在于：所述静置步骤中，时间为1-10小 时；或，所述降压步骤中，降压后的最终压强不大于〇. 〇〇5MPa。
【文档编号】C08L5/08GK104418322SQ201310368718
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】牟天成, 孙晓甫, 薛智敏 申请人:中国人民大学