[發明專利]一種用質子型離子液體去除秸稈木質素和半纖維素的方法

有效

• 申請號: 201611261727.0
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106702800B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 呂興梅;楊紹旗;徐俊麗;張杰;張鎖江
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: D21C3/00
• 分類號: D21C3/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

本發明公開了一種單一離子液體一步法去除秸稈木質素和半纖維素的方法，該方法中離子液體是多羥基質子型銨鹽類離子液體，其特征在于：在溫度80?160℃，時間0.25?24h，木質纖維素材料質量分數5％?10％條件下溶解分離木質纖維素材料中三種組分，能使其中木質素和半纖維素含量同時下降50?95％。該離子液體特征在于所用的合成原料價格低廉，合成方法簡單，具有生物可降解性，并且離子液體一步法同時溶解去除了生物質組分中的木質素和半纖維素，得到了純度高于70％的纖維素Ⅰ型材料，保持了原材料生物質組分中纖維素的晶型結構。該方法解決了常規離子液體價格昂貴、分離效果差等問題，為離子液體預處理生物質工業化提供了可能，屬于新型生物質預處理溶劑。

技術領域

本發明涉及一種多羥基質子型銨鹽類離子液體溶解分離木質纖維素秸稈原料中的纖維素和木質素、半纖維素，獲得高純度纖維素Ⅰ型材料，屬于生物質領域。

背景技術

隨著地球化石資源的日益衰竭，能源與環境問題已經成為人類工業化發展中亟需解決的重要難題，開發并使用綠色可再生資源，實現資源的高效利用是解決當前化學工業發展緩慢的有效途徑。生物質資源作為地球上儲量大、分布廣的綠色可再生能源，在近些年的研究探索中受到了人們的廣泛關注。除了森林植被以外，農作物秸稈和多種一年生的植物秸稈也在自然界的物質與能量循環中發揮著重要作用。作為生物質資源的主要組成部分，纖維素，半纖維素和木質素可以通過生物質精煉的工藝進行提取并加以利用。纖維素(35-55％)和半纖維素(20-35％)可以分解為葡萄糖和木糖，并通過生物和化學的方法轉化制取多種藥物中間體和燃料乙醇、汽油、以及二醇等化學品，而木質素(15-30％)也可以通過不同方法催化轉化為汽油和其它高附加值的芳香族化合物。玉米秸稈、棉稈、蘆葦桿和木屑這些低成本的農業廢棄物，其本身的木質纖維素是自然界中寶貴的可再生資源。

通過對木質纖維素復雜結構進行溶解分離預處理，實現生物質組分纖維素和半纖維素、木質素的高效分離是生物質資源利用的關鍵步驟，其中，對于纖維素的分離提取及利用尤為重要。傳統預處理工藝過程所用的溶劑多為酸、堿溶液或者有機溶劑，但是這些溶劑體系普遍存在環境污染嚴重、不能回收利用、對設備要求嚴格和成本高等問題。

離子液體作為反應介質和溶劑，在近些年的研究中受到了人們的廣泛關注。離子液體具有熱穩定性好，難揮發，可回收循環利用等優點，已經廣泛應用于有機合成，工業催化和萃取分離等領域。室溫離子液體能夠與生物質組分形成較強的離子液體氫鍵作用，這為其應用于生物質的組分溶解分離提供了新思路。常規的單一離子液體溶解分離木質纖維素組分有兩種思路，一種思路是用溶解纖維素能力較好的離子液體溶解木質纖維素中的纖維素，然后再生得到無定形態的纖維素Ⅱ型材料，以促進纖維素的進一步轉化應用，專利US2010/0163018 A1,WO2016/116126 A2,US2016/0002358 A1均公布了用不同離子液體預處理分離和利用木質纖維素的方法。另一種思路為使用對木質素溶解較好的離子液體去除生物質組分中的木質素，得到富纖維素材料，專利CN 103031762 A則用了這種方法。

離子液體用于生物質組分溶解的陽離子主要包括N-甲基咪唑類、銨鹽類和磷鹽類，陰離子主要為X^-(鹵素)、CH₃COO^-、CH₃SO₄^-、(CH₃)₂O₂PO₂^-和HCO₂^-等，然而大多數單一離子液體不能實現木質纖維素組分中纖維素和半纖維素的高效分離，并且合成步驟較多，成本高，通過溶解并再生得到的纖維素材料會破壞原材料中纖維素的晶型結構，在后續的應用中受到限制，同時，溶解分離中使用二甲基亞砜有機溶劑，環境污染嚴重，不符合可持續發展和綠色過程工程的理念。

發明內容