[發明專利]一種溶解木質纖維素全組分的混合溶劑及溶解方法

有效

• 申請號: 201510398793.1
• 申請日: 2015-07-08
• 公開（公告）號: CN105001429B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 王鐵軍;袁正求;馬隆龍;龍金星;劉琪英;張琦;張興華
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C08H7/00
• 分類號: C08H7/00;C08J3/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司44001
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明屬于環境保護技術，農業廢棄物高效利用技術及新能源技術開發和利用領域，涉及一種溶解木質纖維素全組分的混合溶劑及溶解方法。

背景技術

隨著化石燃料的日益枯竭，能源需求越來越緊張。與此同時，大量燃燒化石燃料排放的CO₂、SO₂、NO和顆粒物，導致溫室效應更加嚴重，對環境可持續發展構成威脅。因此，尋求低碳的、低污染的可再生的替代能源成為了世界各國的共識。生物質直接來源于植物的光合作用，具有富碳含量、儲量大、分布廣、污染低、廉價以及可再生等優點，與化石燃料相比，其含硫和含氮量均較低，同時灰分含量也很小，被認為是一種潛在的石化替代能源。同時，木質纖維素也是地球上最豐富的可再生能源。然而，木質纖維素由于其致密的結構和復雜的化學鍵合方式，使得其不溶于水及傳統的有機溶劑，導致其解聚條件苛刻。通過系列過程實現木質纖維素的溶解對于其后續解聚具有十分重要的意義。關于木質纖維素的全組分溶解有一些報道，包括高溫液態水，離子液體([bmim]Cl和-SO₃H功能基團離子液體等)和有機溶劑全溶體系(如二甲基亞砜/四丁基氟化銨、二甲基亞砜/N-甲基咪唑等)。對于以上幾種全溶體系，高溫液態水需在超臨界(溫度：374℃，壓力：22.1MPa)條件下實現，屬于高能耗；離子液體和有機溶劑體系價格過高，并且含有毒性，難以實現規模化。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，實現木質纖維素全組分的溶解，本發明提供一種溶解木質纖維素全組分的混合溶劑，由2.0～5.0wt％H₂SO₄、1.5～6.0wt％過氧化氫、75.0～86.5wt％乙醇、10.0～21.5wt％去離子水組成。

本發明還提供溶解木質纖維素全組分的方法，主要步驟為：將木質纖維素原料粉碎后加入上述混合溶劑中，在密閉環境中，在150～200℃下攪拌至完全溶解為均相黑色液體。

進一步地，上述木質纖維素原料選自針葉林木粉、闊葉林木粉、作物秸稈、草，如桉木粉、松木粉、水稻秸稈、玉米秸稈或狼尾草。

進一步地，上述木質纖維素原料與混合溶劑的質量比為1:12～100。

進一步地，攪拌前，按照5～10℃/min的加熱速率加熱至所述溫度。

進一步地，上述攪拌的時間為1～3h。

進一步地，上述密閉環境為空氣氣氛或氮氣氣氛。

進一步地，上述均相黑色液體中，含有還原糖類、多聚糖、揮發性物質和木質素衍生物。

木質纖維素類生物質，主要由纖維素，半纖維素和木質素組成。阻礙其利用的原因主要來自兩個方面，(1)半纖維素，木質素及其它物質(蛋白質和油脂等)覆蓋在纖維素表面；(2)纖維素是葡萄糖以β-1,4糖苷鍵形成的具有高度結晶的晶體棒。因此，木質纖維素很難溶于水和常規溶劑，解聚的條件也比較苛刻。本發明利用液體酸、過氧化氫和乙醇的協同作用，在溫和條件下實現木質纖維素生物質廢棄物全組分溶解。

本發明相對現有技術具有如下的優點和效果：

(1)本發明所述的溶劑組分均為本領域常用溶劑，溶解的方法也比較簡單，主要是結合了混合溶劑中幾種組分間的協同作用，具有與生物質顆粒表面接觸充分、協同催化等優點，能夠將纏繞在纖維素外面的木質素破壞，使各組分能溶解在乙醇-水溶液中。

(2)本發明的混合溶劑，具有可循環利用的優點；

(3)本發明可溶解的木質纖維素原料為針葉林木粉、闊葉林木粉、作物秸稈、草等，原料種類廣泛；

(4)本發明方法與現有技術相比，最大的優勢在于，在上述體系中，木質纖維素在溫和條件下實現全組分溶解，為木質纖維素全組分利用提供了條件。并且通過探索木質纖維素在全溶體系中分子結構演變規律，為定向解聚實現產物調控提供理論基礎，為木質纖維素全組分利用開辟新途徑。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1