[發明專利]一種原位萃取與制備木質素復合納米纖維的方法

在審

• 申請號: 201410119780.1
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN104947244A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 謝海波;趙宗保;解相婧
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: D01F8/18
• 分類號: D01F8/18;C08H7/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及一種原位萃取木質素制備木質素復合納米纖維的新方法，屬于生物質利用與新材料領域。

背景技術

為了保持人類文明的可持續性發展，人類必須找到一種化石資源的替代品來滿足人類日益發展的物質文化、生活需要。據統計，每年全球生物質產量超過2x1010噸，其中90%是以木質纖維素的形式存在。據統計，到2025年，全球化學工業25%-30%的原料將來自于生物質資源。木質纖維素主要由纖維素(35-50%)、半纖維素(35%)和木質素(15-30%)組成，其化學組成隨生物質種類的改變、產地的不同以及植物細胞發育階段的不同而不同。纖維素與半纖維素作為重要的材料或糖源制備生物能源與化學品獲得了廣泛的研究。木質素是植物體骨架的基本組成成分,是自然界中蘊藏量僅次于纖維素的第二大天然高分子材料，尚未被良好的利用。其主要原因是木質素具有顯著的多分散性導致木質素無明確的熱轉變溫度,給熱塑體成型加工帶來困難。同時由于其高度交聯的頑固結構，使其后續轉化效率較低。因此，木質素的高效利用很大部分依賴于其有效分離方法。眾所周知，自然界中尚未發現只有純木質素的植物。植物中的天然木質素總是與半纖維素和纖維素共存的，它不像棉花幾乎是純天然纖維素，為研究纖維素提供了方便。而且天然木質素又是活性很強的物質，在空氣中或在分離過程中，極易發生氧化和自身縮合反應，而使其結構和性質發生變化，人們很難從植物中得到原生的木質素。在工業木質素應用研究方面，同樣也存在木質素分離、純化問題，工業木質素的來源主要是制漿廢液，其中所含的纖維素、半纖維素降解物和灰分影響木質素應用性能，必須將其中的木質素提取、純化，才能獲得性能優良的高附加值木質素產品。木質素分離與純化比較困難，因而經濟又無二次污染的工業木質素分離技術是木質素利用的重要一步，也是工業木質素利用的難題之一。

離子液體能夠廣泛的溶解生物質高聚物，也可以用來預處理生物質，甚至被設計成多功能的溶劑，無論是對生物質進行預處理（溶脹和選擇性萃取生物質組分，如木質素），或是完全將生物質溶解然后進行整體的生物質轉化制備附加值高的產品，離子液體都提供一個很有前途的溶劑選擇。如今離子液體已經廣泛應用在納米材料的制備中，離子液體用于生物質高聚物紡絲對改善生態環境，發展新材料具有重要意義，離子液體已經成為一種新興的靜電紡絲制備纖維的有效溶劑。

靜電紡絲工藝是實現直接、連續制備聚合物納米纖維的理想方法。利用靜電紡絲技術制得的纖維為納、微米級纖維，在航空，醫療，以及復合纖維的應用前景廣泛。而基于工業木質素的納米纖維也有文獻及專利報道，由于其多苯環結構，制備獲得的木質素納米纖維或木質素復合納米纖維通過氧化、碳化后可以制備性能較好的碳纖維。如馬曉軍等（馬曉軍,趙廣杰.西北林學院學報,2007,22(5):155-158）利用木材苯酚液化物加入六次甲基四胺等調制紡絲液,在合適的溫度下高壓靜電紡絲制得納米級纖維,然后將這些纖維在鹽酸與甲醛混合溶液中加熱固化,最終獲得強度較高的納米纖維。但是所用溶劑有毒，且過程復雜，并不利于廣泛使用。Kadla等人（Dallmeyera?I,Frank?K,Kadlaa?J.F.Journal?of?Wood?Chemistry?and?Technology,2012,30(4):315-329）對七種不同材料不同制備方法得到的工業木質素進行了研究，研究表明單獨紡任何一種工業木質素均不能得到光滑的纖維，而且工業木質素提取復雜。2007年，專利（200710043185.4）保護了一種利用工業木質素通過熔融紡絲制備木質素纖維，再經過氧化、碳化制備碳纖維的方法。

本專利綜合利用離子液體有機電解質溶液對天然木質纖維素良好的溶解及選擇性萃取分離木質素能力，以及良好的導電性，實現纖維素、半纖維素活化與木質素分離，一鍋法再通過電紡絲方法實現木質素到納米纖維材料的轉化，具有過程簡單、經濟的特點，對于天然生物質高效利用具有重要意義。

發明內容

為了提供一種更加高效、簡單的實現天然木質纖維素主要組分的分級利用的方法，本發明的目的是提供一種以天然木質纖維素為原料，以離子液體與傳統有機溶劑組成的電解質為溶劑，一鍋法實現木質素分離及制備木質素/合成聚合物復合納米纖維的新方法，其特征在于：它是按照如下的步驟進行的：

（1）以天然木質纖維素為原料；

（2）將天然木質纖維素溶解在離子液體和有機溶劑組成的共混電解質；

（3）以反溶劑沉淀木質纖維素里的纖維素與半纖維素，分離、濃縮后獲得木質素電解質溶液；