[發明專利]利用離子液體捕集二氧化碳和提取殼聚糖的方法

在審

• 申請號: 201310368718.1
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN104418322A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 牟天成;孫曉甫;薛智敏
• 申請（專利權）人: 中國人民大學
• 主分類號: C01B31/20
• 分類號: C01B31/20;C08B37/08;C08L5/08;C08K5/3445
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及生物質利用和溫室氣體捕集領域，具體涉及利用離子液體捕集二氧化碳和提取殼聚糖的方法。

背景技術

近年來，隨著石油、煤炭等不可再生資源的日益短缺，開發更有效的新型清潔能源、材料來減少對石油資源的依賴成為了人們廣泛關注的問題。甲殼素/殼聚糖是自然界廣泛存在的一種堿性多糖，是地球上僅次于纖維素的第二大生物資源。它是許多低等生物，特別是蝦、蟹等節肢動物外殼的重要成分，每年的生物合成量多達100億噸，被認為是繼纖維素后又一“取之不盡”的天然原料。甲殼素除了可再生之外，還具有可生物降解、生物相容性好、易于改性等優點，符合人類社會可持續發展的需要。特別是當甲殼素的脫乙酰度較高，存在形式大部分是殼聚糖時，其結構上存在著較活潑的一級氨基和羥基，可以生成許多衍生物，大大提高了這種生物質在的應用價值和應用范圍，使其廣泛應用于生物工程、制藥工程、環境保護、日用化工、食品工程等諸多領域。

由于甲殼素/殼聚糖等天然生物質分子是通過較強的分子內和分子間的氫鍵以聚集態的形式存在，使得它們不溶于大多數的常規溶劑，這成為了甲殼素/殼聚糖在實際應用中的最大障礙。20世紀中葉以來，人們相繼開發出了很多甲殼素/殼聚糖溶劑體系，例如，一些無機酸和有機酸的水溶液、六氟異丙醇等。然而，這些體系或多或少存在著溶解能力有限、溶解窗口窄、有毒、成本高、溶劑回收困難等弱點。因此，開發新型高效綠色的甲殼素/殼聚糖溶劑一直是這一領域的研究重點之一。

基于在綠色化學和清潔生產研究領域的成功應用，近年來，離子液體被認為是傳統揮發性溶劑的理想替代品。離子液體是完全由離子組成的室溫熔融鹽，由于具有熔點低、不揮發、液程寬、熱穩定性好、溶解能力強、性質可調、不易燃燒等特性，使得離子液體在眾多領域可以作為綠色溶劑，并通過分子設計和改變陰陽離子組成來對其性質進行調節，以達到特定的應用目的。根據相關文獻報道，離子液體對甲殼素/殼聚糖的溶解是通過破壞其分子內或分子間的氫鍵完成的，而陰離子在溶解過程中會充當氫鍵受體的角色。醋酸根(OAc)被看作是一種較強的氫鍵受體，所以醋酸根(OAc)型離子液體有條件作為溶解甲殼素/殼聚糖的綠色溶劑。同時，這類離子液體對最常見的溫室氣體二氧化碳也有著很好的捕集效果，而溶解后的殼聚糖分子上所帶有的氨基也會在一定程度上增溶二氧化碳。

離子液體與糖類化合物均展現出極低的蒸汽壓，常規的蒸餾技術不能應用于此。另外，常規的有機溶劑也不能將殼聚糖從離子液體中萃取出來。所以在已經溶解殼聚糖的離子液體體系中，如何將溶質與溶劑分離依然是一個重要的課題。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用離子液體捕集二氧化碳和提取殼聚糖的方法。

本發明提供了一種能夠富集二氧化碳的產品，為由溶質和溶劑組成的溶液；

其中，溶質為脫乙酰化處理的殼聚糖粗品；

溶劑為離子液體。

上述產品中，所述離子液體選自1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽和1-丁基-3-甲基咪唑二氯醋酸鹽中的至少一種；

所述殼聚糖粗品與離子液體的質量比為1-15：100，具體為3-9：100、6:100、3-6:100或6-9:100。

所述脫乙酰化處理的殼聚糖粗品為按照包括如下步驟的方法制備而得：

將所述含有殼聚糖的原料烘干后，依次用鹽酸、氫氧化鈉水溶液、次氯酸鈉水溶液于常溫下分別浸泡后，用去離子水洗滌至中性，再浸泡于氫氧化鈉水溶液后，洗滌至中性而得。

該方法中，所述含有殼聚糖的原料為蝦殼或蟹殼；或，

所述烘干步驟中，溫度為30-80℃，具體為50℃；或，

所述鹽酸的質量百分濃度為5-20%，具體為10%；或，

所述氫氧化鈉水溶液的質量百分濃度均為5-20%，具體為10%；或，

所述次氯酸鈉水溶液的質量百分濃度為3-7%，具體為5%；或，

所述浸泡步驟中，時間均為12-24小時，具體為20-24小時。

本發明提供的利用離子液體收集二氧化碳的方法，包括如下步驟：

將上述本發明提供的能夠富集二氧化碳的產品置于二氧化碳氣氛中吸收二氧化碳，再置于氮氣氣氛下吹掃，收集產生的氣體，完成所述二氧化碳的收集。

本發明還提供了一種利用離子液體提取殼聚糖和回收離子液體的方法，包括如下步驟：

將上述本發明提供的能夠富集二氧化碳的產品置于二氧化碳氣氛中吸收二氧化碳達到平衡后，通入壓縮二氧化碳，靜置后降壓，收集析出的固體，完成所述殼聚糖的提取和離子液體的回收。