專利名稱：一種用咪唑類離子液體從稻草秸稈中提取纖維素的方法
技術領域：
本發明涉及生物質處理技術，特別是一種用咪唑類離子液體從稻草秸桿中提取纖維素的方法。
背景技術：
伴隨一次性化石燃料資源的漸趨枯竭、能源及資源的日趨緊張，如何高效綜合利用和消化可再生能源——生物質能源已成為世界各國普遍關注的話題。纖維素是自然界中分布最廣、儲量最大的生物質高分子，其結構由葡萄糖分子通過β-1，4-糖苷鍵連接而形成的葡聚糖。通常含數千個葡萄糖單位，是植物細胞壁的主要成分。每年植物可以通過光合作用產生1000億噸的纖維素，同時由于無污染、生物相容性、易降解性、來源廣泛等諸多優點，被視為是取之不盡，用之不竭的可再生資源，廣泛應用于紡織、輕工、化工、醫藥和能源等部門。目前離子液體在溶解纖維素方面的研究有了迅猛的發展。研究發現許多種類的離子液體對纖維素都有溶解能力。離子液體中的陰陽離子對于溶解纖維素起著決定性的作用。目前除了咪唑類離子液體之外，少數吡啶類離子液體對纖維素也有一定的溶解性能，但吡啶類離子液體對纖維素降解較嚴重且溶解溫度高等苛刻條件使得目前研究較少。而咪唑離子液體因其較好的穩定性和較優的溶解工藝條件而研究較多。天然纖維素的結構復雜，分子鏈內存在著分子內和分子間的氫鍵，并以多層盤繞的方式構成高結晶性的纖維素結晶結構；同時木質素和半纖維素與纖維素的結合使得纖維素與離子液體的接觸面積更小。以上這些特點制約了纖維素在離子液體中的溶解。超聲波可有效地破壞纖維素分子中的氫鍵，降低其聚合度。因此，采用超聲振蕩法輔助，可以大大增加纖維素在離子液體中的溶解，提高生產效率。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用咪唑類離子液體從稻草秸桿中提取纖維素的方法，該方法所需設備簡單、工藝簡便、處理溫度低、條件溫和，且不會造成附加的環境危害，實現了稻草秸桿的高效預處理，提高了生物質資源利用效率。本發明的技術方案:—種用咪唑類離子液體從稻草秸桿中提取纖維素的方法，步驟如下:I)將稻草秸桿粉碎成過100目稻草秸桿粉末；2)將稻草秸桿粉末與離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)按照質量比為1:20-40混合得到混合物；3)將上述混合物置于超聲振蕩器中，超聲功率為80-120W，于60_80°C反應l_2h，得到反應物；4)將上述反應物以12000r/min轉速離心lOmin，然后固液分離，取上清液；5)在上述分離得到的上清液中加入無水乙醇，上清液與去無水乙醇的體積比為1:5，得到含有沉淀物的混合液，抽濾后將得到的沉淀物烘干保存，即為目標產品纖維素，抽濾后的濾液回收；6)將回收的濾液經旋轉蒸發儀70°C水浴條件下減壓蒸餾回收離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽，重復循環利用。所述離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)由N-甲基咪唑和烯丙基氯合成，其制備方法步驟如下:I) N2保護下，將N-甲基咪唑與烯丙基氯以質量比1.0: 1.2混合；2)在40°C水浴中加熱回流12h，除雜質后，即可制得1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽。本發明的優點和有益效果是:I)采用超聲振蕩輔助稻草秸桿粉末的溶解，有助于木質素的去除，可有效去除木質素與碳水化合物之間的酯鍵連接，有效的打破了木質素對纖維素、半纖維素的包裹作用；2)采用1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)提取纖維素，其對纖維素的溶解能力強且易于回收、不會揮發，可有效地從稻草秸桿中提取纖維素且不會造成資源過度浪費；3)該方法所需設備簡單、工藝簡便、處理溫度低、條件溫和且不會造成附加的環境危害，實現了稻草秸桿的高效預處理，提高生物質資源利用效率，解決了稻草秸桿難于降解、再利用的難題，具有極其深遠的社會意義和經濟價值。
具體實施例方式本發明通過以下實施例進一步詳述，但本實施例所敘述的技術內容是說明性的，而不是限定性的，不應依此來局限本發明的保護范圍。實施例1:一種用咪唑類離子液體從稻草秸桿中提取纖維素的方法，步驟如下:I)將稻草秸桿粉碎成過100目稻草秸桿粉末；2)將稻草秸桿粉末與離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)按照質量比為1:20混合，得到混合物；3)將上述混合物置于超聲振蕩器中，使用超聲功率110W，于60°C反應2h，得到反應物；4)將上述反應物以12000r/min轉速離心lOmin，然后固液分離，取上清液；5)在上述分離得到的上清液中加入無水乙醇，上清液與去無水乙醇的體積比為1:5，得到含有沉淀物的混合液，抽濾后將得到的沉淀物烘干保存，即為目標產品纖維素，抽濾后的濾液回收；6)將回收的濾液經旋轉蒸發儀70°C水浴條件下減壓蒸餾回收離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽，重復循環利用。所述離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)系由N-甲基咪唑、烯丙基氯以1.0:1.2的質量比合成，其制備方法步驟如下:I) N2保護下，將N-甲基咪唑與烯丙基氯以質量比1.0: 1.2混合；2)在40°C水浴中加熱回流12h，除雜質后，即可制得1_烯丙基_3_甲基咪唑氯鹽。檢測結果表明:超聲波輔助下，經過1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)提取，所得纖維素的提取率為75%，所述提取率為離子液體中溶解的纖維素質量與稻草秸桿中纖維素質量的比值。離子液體經旋轉蒸發儀70°C水浴條件下減壓蒸餾回收，回收率為95%實施例2:一種用咪唑類離子液體從稻草秸桿中提取纖維素的方法，步驟如下:I)將稻草秸桿粉碎成過100目稻草秸桿粉末；2)將稻草秸桿粉末與離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)按照質量比為1:30混合，得到混合物；3)將上述混合物置于超聲振蕩器中，使用超聲功率100W，于60°C反應2h，得到反應物；4)將上述反應物以12000r/min轉速離心lOmin，然后固液分離，取上清液；5)在上述分離得到的上清液中加入無水乙醇，上清液與去無水乙醇的體積比為1:5，得到含有沉淀物的混合液，抽濾后將得到的沉淀物烘干保存，即為目標產品纖維素，抽濾后的濾液回收；6)將回收的濾液經旋轉蒸發儀70°C水浴條件下減壓蒸餾回收離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽，重復循環利用。所述離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)系由N-甲基咪唑、烯丙基氯以1.0:1.2的質量比合成，其制備方法步驟如下:I) N2保護下，將N-甲基咪唑與烯丙基氯以質量比1.0: 1.2混合；2)在40°C水浴中加熱回流12h，除雜質后，即可制得1_烯丙基_3_甲基咪唑氯鹽。檢測結果表明:超聲波輔助下，經過1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)提取，所得纖維素的提取率為79%，所述提取率為離子液體中溶解的纖維素質量與稻草秸桿中纖維素質量的比值。離子液體經旋轉蒸發儀70°C水浴條件下減壓蒸餾回收，回收率為95%實施例3:一種用咪唑類離子液體從稻草秸桿中提取纖維素的方法，步驟如下:I)將稻草秸桿粉碎成過100目稻草秸桿粉末；2)將稻草秸桿粉末與離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)按照質量比為1:40混合，得到混合物；3)將上述混合物置于超聲振蕩器中，使用超聲功率80W，于80°C反應lh，得到反應物；4)將上述反應物以12000r/min轉速離心IOmin,然后固液分離,取上清液；5)在上述分離得到的上清液中加入無水乙醇，上清液與去無水乙醇的體積比為1:5，得到含有沉淀物的混合液，抽濾后將得到的沉淀物烘干保存，即為目標產品纖維素，抽濾后的濾液回收；6)將回收的濾液經旋轉蒸發儀70°C水浴條件下減壓蒸餾回收離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽，重復循環利用。所述離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)系由N-甲基咪唑和烯丙基氯合成，其制備方法步驟如下:I) N2保護下，將N-甲基咪唑與烯丙基氯以質量比1.0: 1.2混合；2)在40°C水浴中加熱回流12h，除雜質后，即可制得1_烯丙基_3_甲基咪唑氯鹽。
檢測結果表明:超聲波輔助下，經過1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)提取，所得纖維素的提取率為71%，所述提取率為離子液體中溶解的纖維素質量與稻草秸桿中纖維素質量的比值。離子液體經旋轉蒸發儀70°C水浴條件下減壓蒸餾回收，回收率為95%。
權利要求
1.一種用咪唑類離子液體從稻草秸桿中提取纖維素的方法，步驟如下: 1)將稻草秸桿粉碎成過100目稻草秸桿粉末； 2)將稻草秸桿粉末與離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)按照質量比為1:20-40混合，得到混合物； 3)將上述混合物置于超聲振蕩器中，使用超聲功率80-120W，于60-80°C反應l_2h，得到反應物； 4)將上述反應物以12000r/min轉速離心lOmin，然后固液分離，取上清液； 5)在上述分離得到的上清液中加入無水乙醇，上清液與去無水乙醇的體積比為1:5，得到含有沉淀物的混合液，抽濾后將得到的沉淀物烘干保存，即為目標產品纖維素，抽濾后的濾液回收； 6)將回收的濾液經旋轉蒸發儀70°C水浴條件下減壓蒸餾回收離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽，重復循環利用。
2.根據權利要求1所述用咪唑類離子液體從稻草秸桿中提取纖維素的方法，其特征在于:所述離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMMCl)由N-甲基咪唑和烯丙基氯合成，其制備方法步驟如下: 1)N2保護下，將N-甲基咪唑與烯丙基氯以質量比1.0:1.2混合； 2)在40°C水浴中加熱回流12h，除雜質后，即可制得1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽。
全文摘要
一種用咪唑類離子液體從稻草秸稈中提取纖維素的方法，首先將稻草秸稈粉碎成過100目粉末，然后在超聲波環境下采用離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMIMCl)提取纖維素，所述離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽(AMIMCl)由N-甲基咪唑和烯丙基氯合成。本發明的優點是該方法采用超聲振蕩輔助離子液體對稻草秸稈粉末的溶解，有助于木質素的去除，可以有效去除木質素與碳水化合物之間的酯鍵連接，有效的打破了木質素對纖維素、半纖維素的包裹作用，增加纖維素在離子液體中的溶解，實現了稻草秸稈的高效處理，提高了生物質資源利用效率，解決了稻草秸稈難于降解、再利用的難題，具有極其深遠的社會意義和經濟價值。
文檔編號D21C5/00GK103194924SQ20131010852
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月29日 優先權日2013年3月29日
發明者劉樂, 鞠美庭, 李維尊, 江洋, 候其東, 劉益良 申請人:南開大學