一种从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法

本发明涉及木糖渣回收利用，尤其涉及一种从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法。

背景技术：

1、纤维素基聚合材料如再生纤维素纤维和再生纤维素薄膜因其可生物降解、低毒、良好的生物相容性和可再生性而受到广泛关注。木糖渣是工业上稀酸水解玉米芯提取木糖后的剩余固体残渣。在提取过程中玉米芯的半纤维素组分基本被稀酸水解，因此，剩余的固体残渣中含有大量的纤维素及木质素，是一种丰富的可再生木质生物质资源。然而，在实际的生产生活中，绝大部分木糖渣被用于直接燃烧或者是弃置于露天环境中，造成严重的资源浪费及环境污染问题。而传统采用碱液蒸煮法对木糖渣进行纤维素提取，存在制备条件苛刻、难以回收、造成设备腐蚀和环境危害等问题。

2、离子液体因其高热稳定性、可忽略的蒸汽压、优异的纤维素溶解能力以及易于回收重复利用等特点而在木质生物质资源利用领域受到广泛关注。专利cn103147331a中使用四种咪唑类离子液体混合液从秸秆、花生壳和麦麸子等木质纤维素类生物质中提取纤维素，再生的纤维素纯度可达99％以上，但是多种离子液体的混合使得提取过程中纤维素的降解较为严重，同时混合离子液体粘度较大、成本高等问题限制了再生纤维素的后续使用。此外，专利us20200239508a1公开了利用吡啶离子液体从木质纤维素废料中提取木质素，提取率最高可达90％，但是提取过程中采用的含硫酸氢根的酸性质子溶剂，存在合成成本高、操作过程复杂、易造成设备腐蚀等问题。

3、因此，亟需设计一种工艺简单、条件温和、环境友好的从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，该方法工艺简单、条件温和、环境友好，所得纤维素膜透明度高、机械强度高。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，包括以下步骤：

4、将预处理后的木糖渣与离子液体-共溶剂混合，将所得混合物分离，得到纤维素溶液；

5、将所述纤维素溶液进行真空脱泡处理后，利用流延法进行成膜，得到纤维素薄膜；

6、所述木糖渣为稀酸水解玉米芯提取木糖后的剩余固体残渣；

7、所述离子液体为1-r2-3-r1-咪唑磷酸二甲酯、1-r2-3-r1-咪唑磷酸二乙酯、1-r2-3-r1-咪唑磷酸二丁酯和1-r2-3-r1-咪唑氯盐中的一种或几种；其中r1和r2独立为-cmh2n+1，m、n取值1～10，且m、n均为正整数。

8、优选的，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯、1-烯丙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯、1-丁基-3-乙基咪唑磷酸二甲酯和1-乙基-3-甲基咪唑氯盐中的任意一种或至少两种的组合。

9、优选的，所述木糖渣包括55.4～64.9wt％纤维素和19.6～26.8wt％木质素。

10、优选的，所述共溶剂为dmso、dmf和dmac中的一种或多种。

11、优选的，所述木糖渣、离子液体和共溶剂的质量比为0.02～0.10:1:0.5～3。

12、优选的，所述混合的温度为60～100℃，所述混合的时间为0.5～3h。

13、优选的，所述混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为100～150rpm。

14、优选的，所述真空脱泡处理的时间为6h～18h，所述真空脱泡处理的温度为50～80℃。

15、优选的，所述流延法所用凝固浴为水和/或乙醇。

16、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下的有益效果：

17、1)本发明所用磷酸酯类离子液体和卤素类离子液体合成方法简单、成本低、粘度小、热稳定性高。

18、2)本发明利用共溶剂较高的极性与纤维素分子中的氢键和范德华力相互作用，从而破坏纤维素分子间的相互作用力，进而溶胀木糖渣中纤维素，并显著降低离子液体的粘度，加速离子液体与纤维素之间传质作用，在提高离子液体溶解性能的同时进一步有效地降低溶剂的成本。

19、3)本发明所述方法通过离子液体复配体系处理木糖渣，得到高纯度纤维素溶液进行流延制膜，凝固浴中的共溶剂与离子液体均可循环回收利用，且溶解性能基本保持不变；该方法工艺简单、反应条件温和、环境友好，所制备纤维素膜透明度高、机械强度高，解决了当前木糖生产过程中固体残渣有效转化利用问题，为工农废弃生物质残渣的增值化利用提供了新途径。

20、4)本发明采用的磷酸酯类离子液体、卤素类离子液体与共溶剂的混合体系在常压下高效溶解木糖渣中的纤维素，并采用流延法制备了纤维素薄膜，与传统的碱液蒸煮法相比，本发明提供的方法反应条件更加温和、操作简便且环境友好，所使用的离子液体与共溶剂均可循环回收利用。

技术特征：

1.一种从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，其特征在于，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯、1-烯丙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯、1-丁基-3-乙基咪唑磷酸二甲酯和1-乙基-3-甲基咪唑氯盐中的任意一种或至少两种。

3.根据权利要求1所述的从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，其特征在于，所述木糖渣包括55.4～64.9wt％纤维素和19.6～26.8wt％木质素。

4.根据权利要求1所述的从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，其特征在于，所述共溶剂为dmso、dmf和dmac中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，其特征在于，所述木糖渣、离子液体和共溶剂的质量比为0.02～0.10:1:0.5～3。

6.根据权利要求1所述的从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，其特征在于，所述混合的温度为60～100℃，所述混合的时间为0.5～3h。

7.根据权利要求1或6所述的从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，其特征在于，所述混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为100～150rpm。

8.根据权利要求1所述的从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，其特征在于，所述真空脱泡处理的时间为6～18h，所述真空脱泡处理的温度为50～80℃。

9.根据权利要求1所述的从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，其特征在于，所述流延法所用凝固浴为水和/或乙醇。

技术总结
本发明提供了一种从木糖渣中提取纤维素制备纤维素膜的方法，属于木糖渣回收利用技术领域。本发明将木糖渣与离子液体‑共溶剂体系混合，离心分离得到的纤维素溶液经真空脱泡，采用流延法制备再生纤维素膜；纤维素膜再生后凝固浴中的共溶剂与离子液体均可循环回收利用，该方法工艺简单、反应条件温和、环境友好，所制备纤维素膜透明度高、机械强度高，解决了当前木糖生产过程中固体残渣有效转化利用问题，为工农废弃生物质残渣的增值化利用提供了新途径。

技术研发人员：聂毅,曹瑞梅,李天成,高红帅,翟翠萍,魏嘉,秦从雯
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29