[發明專利]一種在低共熔溶劑中季銨化改性木質素的方法

無效

• 申請號: 201310723346.X
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103739854A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 李利芬;胡英成
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: C08H7/00
• 分類號: C08H7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于天然高分子資源高效利用領域，尤其涉及一種在低共熔溶劑中季銨化改性木質素的方法。

背景技術

木質素在地球上的含量僅次于纖維素，是第二豐富的天然材料。制漿造紙工業每年都會產生大量的木質素，然而多數木質素都被以“黑液”形式排放或進行焚燒，不能得到高效利用；隨著生物乙醇技術的逐漸發展，木質素剩余物的產量將會逐年增加。充分利用木質素資源不僅可以降低環境污染，還可以降低制漿造紙行業和生物乙醇行業的成本。木質素中含有很多活性基團，如羥基、羧基、苯甲基、甲氧基、醛基等，因而可對木質素進行一些化學改性，如磺化改性、氧化改性、羥甲基化改性、季銨化改性等。季銨化改性得到的木質素可用作絮凝劑、減水劑、陽離子表面活性劑等功能材料，也可用于對高分子聚合物進行改性提高其機械性能。目前對木質素進行季銨化改性使用最多的方法是Mannich反應，是將一些有機胺單體接枝到木質素分子中，較常用的有機胺單體是由三甲胺與環氧氯丙烷在-3到-6℃條件下合成，或由甲醛和二甲胺/三乙胺等合成，然而三甲胺、環氧氯丙烷、二甲胺、甲醛等都有較大的毒性，在操作過程中會對人體和環境造成一定的危害，且一些操作條件要求苛刻，難以實現工業化生產。專利CN102276660A公開了一種利用三甲胺、環氧氯丙烷在微波反應裝置中制備堿木質素三甲基季銨鹽的方法，該制備方法較為簡單，然而使用的改性試劑仍具有很大的毒性。

低共熔溶劑是一種新興的環保型綠色溶劑，具有制備簡單，原料可再生、可生物降解，不揮發，可設計，易回收等優點，且100%原子經濟型反應。目前，低共熔溶劑被廣泛應用于分離過程、催化化學反應，制備功能材料等領域。已有研究表明，一些低共熔溶劑對木質素具有良好的溶解性，因此研究低共熔溶劑同時作為溶劑和試劑對木質素進行改性具有重要的意義，不僅可以提高反應效率，并且安全環保。

發明內容

為解決現有木質素季銨化改性實驗中使用有毒試劑、反應條件苛刻等問題，本發明提供了一種以低共熔溶劑為溶劑和試劑對木質素進行季銨化改性的方法，該方法安全環保，操作條件易控制，制備的季銨化改性木質素可用作染料溶液的絮凝劑等。

一種利用氯代氯化膽堿/尿素低共熔溶劑體系對木質素進行季銨化改性的方法，具體是按照以下步驟進行的：

（1）低共熔溶劑的制備：將氯代氯化膽堿和尿素在80℃下真空干燥12h，按摩爾比1：2準確稱取一定質量的氯代氯化膽堿和尿素，在80℃條件下磁力攪拌至形成淺黃色透明液體；

（2）木質素的純化：將木質素按質量比(1～30)：100溶解在0.1mol/L氫氧化鈉溶液中，攪拌條件下逐滴加入1mol/L鹽酸至溶液PH值為1～2，70℃下攪拌30min，過濾，水洗，干燥；

（3）木質素的季銨化改性：將純化木質素按質量比(2～10)：100加入到低共熔溶劑中，80℃下攪拌至完全溶解，加入氫氧化鈉、氫氧化鉀或咪唑催化劑，催化劑與低共熔溶劑的質量比為（5～15）：100，90～150℃條件下反應5～20h使木質素發生季銨化改性；

（4）改性木質素的分離：待反應冷卻至室溫后，加入過量的10%鐵氰化鉀水溶液，過濾、水洗、干燥，得到季銨化改性木質素。

本發明的有益效果是：一、使用的改性試劑安全無污染，生物可降解；二、操作方法簡單，反應條件易控制；三、可實現制漿造紙、生物乙醇等行業廢余木質素的高值化利用。

本發明用于一種在氯代氯化膽堿/尿素低共熔溶劑中季銨化改性木質素的方法。

附圖說明

附圖所示是未改性木質素和實施例一中季銨化改性木質素的FTIR譜圖。改性后的木質素與未改性木質素相比，出現了1640cm^-1，1460cm^-1和950cm^-1吸收峰，分別代表季銨基團的-CH₃伸縮振動，-CH₃變形振動和C-N鍵彎曲振動，同時，木質素芳香族骨架振動吸收峰1506cm^-1被1460cm^-1部分掩蓋，證明木質素已經發生季銨化改性。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。