專利名稱：基于氯化鋁法從煙草廢棄物中提取纖維素的方法
技術領域：
本發明涉及化工領域，特別涉及農業廢料的化學提取方法。
背景技術：
煙草的綜合利用已進行了許多研究，例如從煙葉中提取分離出香料物質、煙堿、蛋白質及有機酸等，這些科研成果為煙草的綜合利用開辟了廣闊的前景。目前國內外種植的煙草主要用作卷煙。作為煙草生產大國，我國毎年煙葉產量450 500萬噸，其中約有近25%的煙葉、煙末等下腳料被廢棄，不能用于卷煙生產。有效的處理大量的煙草廢棄物料，是ー個關乎國計民生的問題。纖維素作為ー種天然的高分子材料，被廣泛用于醫藥、造紙等行業，具有很大的市場前景。由于纖維素被半纖維素和木質素包裹著以及其復雜的晶體結構，必須通過一定的預處理方式才容易使其結構被破壞，更有利于纖維素的溶解。目前的預處理方式和溶解纖維素的溶劑，但由于應用成本較高、回收困難、環境污染嚴重，而不利于エ業化的批量生產。本發明針對以上問題，利用氯化鋁法從煙草廢棄物中提取纖維素的エ藝，尚未見有其它報道。
發明內容
本發明的目的在于提供從煙草廢料中提取纖維素的方法，該方法操作簡單，收率高，適用于エ業化生產。為實現上述目的，本發明的技術方案為基于氯化鋁法從煙草廢棄物中提取纖維素的方法，具體包括以下步驟A原料預處理將煙草廢棄物粉碎，放入水中浸泡不少于6個小時并烘干，得預處理料；B活化處理加入相當于所述預處理料5-20倍體積的氯化鋁溶液，所述氯化鋁溶液的濃度為O. 1-1. Omol/L，在100-200°C條件下進行充分的溶解反應至少30分鐘，得反應液，將所述反應液進行固液分離，取濾洛，所述濾洛為纖維素。進一歩，將步驟B所得濾渣用冷水沖洗，抽濾并烘干，得到纖維素。在步驟B之后，還包括將離子液體I-丁基-3-甲基咪唑氯鹽加到步驟B所得纖維素中，并在60 120°C下進行溶解反應不少于30分鐘，固液分離，所述液體為纖維素溶液；所述纖維素與所述離子液體I-丁基-3-甲基咪唑氯鹽的質量比為I : 6 I : 20。在步驟A中，優選為將煙草廢渣料粉碎至粒徑不大于20目。在步驟A中優選為所述浸泡時間為8小吋。進ー步，步驟B中，加入相當于所述預處理料14倍體積的氯化鋁溶液，所述氯化鋁溶液的濃度為O. 6mol/L，在150°C條件下進行充分的溶解反應60分鐘，得反應液，將所述反應液進行真空抽濾，抽濾的時間不少于10分鐘。
進一歩，將步驟B所得濾渣用冷水沖洗，抽濾并進行真空干燥，干燥溫度為70 100°C，干燥時間為10 12小時。進ー步，所述溶解反應在攪拌狀態下進行，反應時間為30 240分鐘。進ー步，所述固液分離的方式具體為離心分離，離心的時間為5 8分鐘，離心速度為1500 4000轉/分鐘。本發明相對現有技術有如下的優點本發明采用的エ藝簡単、節能環保，通過氯化鋁溶液預處理技術處理煙草原料即達到破壞纖維素結構，又達到活化纖維素的目的。同時還能有效提取半纖維素，污染小；活化后的纖維素用離子液體溶解，不僅溶解性能好，采用旋轉蒸發儀回收離子液體，節約了生產成本。本發明環境污染小、成本較低，極大的擴大了農作物煙草廢棄物的利用范圍，具有廣闊的市場前景和巨大的エ業生產潛力。
圖I為未經任何處理的煙草廢棄物的SEM圖。圖2為經氯化鋁溶液預處理活化后的煙草廢棄物的SEM圖。圖3為經本發明處理的再生纖維素的SEM圖。
具體實施例方式本發明中所指的煙草廢棄物，又名煙草下腳料，具體為廢次的煙葉、煙梗。大量低、次煙葉和卷煙下腳料，煙草廢棄物是卷煙生產中產生的大量副產品，富含各種有機成分和次生代謝產物。煙草廢棄物也可以用煙草作材料替代。下述實施例中的煙草廢棄物來自于重慶銀福生物有機肥有限公司，其含水量為7%。下述實施例中，纖維素的純度是指纖維素的收率。纖維素的純度檢測方法為硝酸こ醇法。實施例中煙草廢棄物的纖維素總含量為34%。木質素，半纖維素純度的檢測方法為范式纖維素。本發明，同申請號為201110248518. 3的中國專利申請中采用的氯化鐵在效果或作用上的區別在于1、無水氯化鋁在石油エ業中及其他某些有機合成反應中用作催化劑。2、氯化鋁的價鍵性質鋁為Sp3軌道雜化，分子中存在橋鍵，和こ硼烷的結構相似(AlCl3的分子式其實是Al2Cl6),這樣可以讓Al達到八電子穩定結構。但Al2Cl6可以和路易斯堿作用，例如A12C16+2C1_ — 2[A1C1J_。產物相當于AlCl3單體和路易斯堿的加合物，因此氯化鋁仍然是ー種非常好的路易斯酸(路易斯酸性較強)，利用其性質常用來做有機反應的催化劑。3、需要注意一點的是，雖然氯化鋁是由金屬原子和非金屬原子化合而成，但氯化鋁(AlCl3)并不屬于離子化合物，而屬于共價化合物。氯化鐵為離子型化合物，且沒有氯化鋁催化氫鍵斷裂功能強。實施例I未經任何處理的煙草廢棄物，其SEM圖如圖I所示，原料表面平整、結構整齊。將IOOg烘干后的煙草生產廢棄物料粉碎為粒徑為40目，放入水中浸泡6個小時，將煙草廢棄物處理蓬松，去除雜質后與干燥箱內烘干，得預處理料。將上述預處理料過濾，檢測濾渣中的纖維素含量為硝酸こ醇法。
同時，將IOOg烘干后的煙草生產廢棄物料粉碎為粒徑為40目，放入水中浸泡6個小時，將煙草廢棄物處理蓬松，去除雜質后與干燥箱內烘干，得預處理料。將預處理料于濃度為O. 2mol/l氯化鋁溶液在120°C條件下反應時間30分鐘，得反應液，上述氯化鋁溶液的用量相當于所述預處理料5倍體積，起到活化煙草廢棄物粉末的作用，活化是指即通過物理和化學的方法對纖維素進行預處理。纖維素難以溶于普通溶劑，將纖維素活化，増加其活性表面積，改善微孔結構，促進反應試劑的滲透、擴散和潤脹，可提高纖維素的溶解性能。用去離子水沖洗至中性，將所述反應液進行真空抽濾，抽濾的時間30分鐘，取濾渣，所述濾渣為纖維素的粗品，如圖2所示，處理后原料有序結構破壞明顯，結構變的蓬松描述圖2，粗品中纖維素的含量為34%。提取濾渣后，回收氯化鋁溶液。同時將濾渣在80°C真空干燥12小吋，將取濾渣后剩余的濾液調節PH值為3.0，待固體沉淀產生完全后，進行液固分離，所述固體沉淀為半纖維素。在每O. 5g所得干燥的濾渣中加入4. 5g離子液體I-丁基-3-甲基咪唑氯鹽(蘭州化工研究所生產)，在80°C下溶解120分鐘，采用3000轉/分鐘的轉速離心分離5分鐘，得 到纖維素溶液，用去離子水提取得到再生纖維素固體，60°C下真空干燥10小時如圖3所示，物料表面出現了明顯的空穴、凹坑和裂紋等現象。將所述濾液調節pH至4，并在70°C條件下反應40分鐘，待冷卻后去除液相，剰余固體為木質素。另用旋轉蒸發儀蒸發，根據沸點不同，將離子液體蒸發回收，申請號為201110248519. 8的的中國專利申請對其進行了描述。經分析可得，半纖維素為10. 5g,收率為80. 7% ;纖維素為28. 5g,收率為86. 4% ；木質素為5. 4g，收率為75.7%。實施例2將IOOg烘干后的煙草生產廢棄物料粉碎為粒徑為60目，放入水中浸泡8個小時，將煙草廢棄物處理蓬松，去除雜質后與干燥箱內烘干，得預處理料。用濃度為O. 4mol/l氯化鋁溶液在130°C條件下反應時間40分鐘，得反應液，上述氯化鋁溶液的用量相當于所述預處理料20倍體積，起到活化煙草廢棄物粉末的作用，用去離子水沖洗至中性，將所述反應液進行真空抽濾，抽濾的時間不少于10分鐘，取濾渣，所述濾渣為纖維素的粗品，粗品中所有纖維素的含量為34%。提取濾渣后，回收氯化鋁溶液。同時將濾渣在80°C真空干燥12小吋，將取濾渣后剩余的濾液調節PH值為4.0，待固體沉淀產生完全后，進行液固分離，所述固體沉淀為半纖維素。在每O. 5g所得干燥的濾渣中加入5. 5g離子液體I- 丁基_3_甲基咪唑氯鹽(蘭州化工研究所生產)，在80°C下溶解150分鐘，采用3000轉/分鐘的轉速離心分離5分鐘，得到纖維素溶液，用去離子水提取得到再生纖維素固體，60°C下真空干燥10小吋。將所述濾液調節PH至6，并在80°C條件下反應30分鐘，待冷卻后去除液相，剰余固體為木質素。經分析可得，半纖維素為10. 7g,純度為82. 3%,纖維素為28. 8g,純度為85. 45%,木質素為5. 6g,純度為80. O %。實施例3將IOOg烘干后的煙草生產廢棄物料粉碎為粒徑為120目，放入水中浸泡12個小時，將煙草廢棄物處理蓬松，去除雜質后與干燥箱內烘干，得預處理料。用濃度為O. 6mol/l氯化鋁溶液在150°C條件下反應時間60分鐘，得反應液，上述氯化鋁溶液的用量相當于所述預處理料14倍體積，起到活化煙草廢棄物粉末的作用，用去離子水沖洗至中性，將所述反應液進行真空抽濾，抽濾的時間不少于10分鐘，取濾渣，所述濾渣為纖維素的粗品，粗品中所有纖維素的含量為。提取濾渣后，回收氯化鋁溶液。同時將濾渣在80°c真空干燥12小時，將取濾洛后剩余的濾液調節pH值為5. O,待固體沉淀產生完全后,進行液固分離,所述固體沉淀為半纖維素。在每O. 5g所得干燥的濾渣中加入6. 5g離子液體I- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽(蘭州化工研究所生產)，在80°C下溶解150分鐘，采用3000轉/分鐘的轉速離心分離5分鐘，得到纖維素溶液，用去離子水提取得到再生纖維素固體，60°C下真空干燥10小吋。將所述濾液調節PH至6，并在80°C條件下反應40分鐘，待冷卻 后去除液相，剰余固體為木質素。經分析可得，半纖維素為11. 2g,純度為86. 2%,纖維素為19. 8g,純度為90. 0%,木質素為5. 8g,純度為82. 9%。實施例4將煙草廢棄物粉碎后過120目篩，放入水中浸泡12個小時，將煙草廢棄物處理蓬松，去除雜質后與干燥箱內烘干，得預處理料。濾渣80°C真空干燥12小時，將所述濾液調節PH值5.0，待固體沉淀產生完全后，進行液固分離，所述固體沉淀為半纖維素。在每O. 5g所得濾渣中加入6. 5g離子液體I-丁基-3-甲基咪唑氯鹽，在80°C下溶解150分鐘，采用3000r/min的轉速離心分離5分鐘，得到纖維素溶液，用去離子水提取得到再生纖維素固體，60°C下真空干燥10小吋。將所述濾液調節pH至5，并在80°C條件下反應40分鐘,待冷卻后去除液相,剩余固體為木質素。經分析可得，半纖維素為6. 2g,純度為47. 7%,纖維素為9. 8g,純度為44. 5%,木質素為2. 8g,純度為40. 0% ο實施例5將IOOg烘干后的煙草生產廢棄物料粉碎為粒徑為40目，放入水中浸泡12個小時，將煙草廢棄物處理蓬松，去除雜質后與干燥箱內烘干，得預處理料。用濃度為O. 05mol/I氯化鋁溶液在120°C條件下反應時間30分鐘，得反應液，上述氯化鋁溶液的用量相當于所述預處理料4倍體積，起到活化煙草廢棄物粉末的作用，用去離子水沖洗至中性，將所述反應液進行真空抽濾，抽濾的時間不少于10分鐘，取濾渣，所述濾渣為纖維素的粗品，粗品中纖維素的含量為34%。提取濾渣后，回收氯化鋁溶液。同時將濾渣在80°C真空干燥12小時，將取濾洛后剩余的濾液調節pH值為5. O,待固體沉淀產生完全后,進行液固分離,所述固體沉淀為半纖維素。在每O. 5g所得干燥的濾渣中加入4. 5g離子液體I- 丁基_3_甲基咪唑氯鹽(蘭州化工研究所生產)，在80°C下溶解120分鐘，采用3000轉/分鐘的轉速離心分離5分鐘，得到纖維素溶液，用去離子水提取得到再生纖維素固體，60°C下真空干燥10小吋。將所述濾液調節PH至5，并在80°C條件下反應40分鐘，待冷卻后去除液相，剰余固體為木質素。經分析可得，半纖維素為6. Ig,純度為46. 9%,纖維素為8. 8g,纖維素的純度為38. 3%,木質素為3. 7g，純度為52.9%0最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗g和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.基于氯化鋁法從煙草廢棄物中提取纖維素的方法，其特征在于，具體包括以下步驟 A原料預處理 將煙草廢棄物粉碎，放入水中浸泡不少于6個小時并烘干，得預處理料； B活化處理 加入相當于所述預處理料5-20倍體積的氯化鋁溶液，所述氯化鋁溶液的濃度為O.1-1. Omol/L，在100-20(TC條件下進行充分的溶解反應至少30分鐘，得反應液，將所述反應液進行固液分離，取濾洛，所述濾洛為纖維素。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，將步驟B所得濾渣用冷水沖洗，抽濾并烘干，得到纖維素。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，將離子液體I-丁基-3-甲基咪唑氯鹽加到步驟B所得纖維素中，并在60 120°C下進行溶解反應不少于30分鐘，固液分離，所述液體為纖維素溶液；所述纖維素與所述離子液體I-丁基-3-甲基咪唑氯鹽的質量比為I : 6 I : 20。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟A中，將煙草廢渣料粉碎至粒徑不大于20目。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟A中，所述浸泡時間為8小時。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟B中，加入相當于所述預處理料14倍體積的氯化鋁溶液，所述氯化鋁溶液的濃度為O. 6mol/L，在150°C條件下進行充分的溶解反應60分鐘，得反應液，將所述反應液進行真空抽濾，抽濾的時間不少于10分鐘。
7.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，將步驟B所得濾渣用冷水沖洗，抽濾并進行真空干燥，干燥溫度為70 100°C，干燥時間為10 12小時。
8.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶解反應在攪拌狀態下進行，反應時間為30 240分鐘。
9.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述固液分離的方式具體為離心分離，離心的時間為5 8分鐘，離心速度為1500 4000轉/分鐘。
全文摘要
本發明涉及農業廢料的化學提取方法，具體為基于氯化鋁法從煙草廢棄物中提取高純度纖維素的方法，具體包括以下步驟將煙草廢棄物粉碎，放入水中浸泡不少于6個小時并烘干，得預處理料；加入相當于所述預處理料5-20倍體積的氯化鋁溶液，所述氯化鋁溶液的濃度為0.1-1.0mol/L，在100-200℃條件下進行充分的溶解反應至少30分鐘，得反應液，將所述反應液進行固液分離，取濾渣，所述濾渣為纖維素；本發明采用的工藝簡單、節能環保，同時還能有效提取半纖維素，污染小；活化后的纖維素用離子液體溶解，不僅溶解性能好，還能有效地回收離子液體，節約了生產成本。
文檔編號D21C3/18GK102733218SQ20121004267
公開日2012年10月17日 申請日期2012年2月23日 優先權日2012年2月23日
發明者張健榮, 曾國明, 王遠亮, 鄭羽西, 陳奎, 魏小婭 申請人:重慶恒遠晉通科技有限公司