[發明專利]一種利用季銨堿提取生物質木質素的方法

在審

• 申請號: 201710872500.8
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107474261A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 賈紅華;程芳;朱瀛奎;韋萍;周俊
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C08H7/00
• 分類號: C08H7/00
• 代理公司: 南京匯恒知識產權代理事務所(普通合伙)32282
• 代理人: 王月霞

技術領域

本發明涉及一種高分子化合物的提取方法，具體來說是一種利用季銨堿提取生物質木質素的方法。

背景技術

生物質主要由纖維素、半纖維素和木質素組成。從結構與化學組成上看，木質素的結構最為復雜，是由羥基或甲氧基取代的苯丙烷單體經無序聚合而成的三維復雜結構，是化學化工生產中芳香族化合物原料的豐富資源。

化石能源的日益枯竭、木質素的豐富儲量、木質素科學的飛速發展決定木質素的經濟效益的可持續發展性。木質素成本較低，木質素及其衍生物具有多種功能性，可作為分散劑、吸附劑/解吸劑、石油回收助劑、瀝青乳化劑，木質素對人類可持續發展最為重大貢獻就在于提供穩定、持續的有機物質來源，其應用前景十分廣闊。研究木質素性能和結構的關系，利用木質素制造可降解、可再生的聚合物。

隨著人類對環境污染和資源危機等問題的認識不斷深入 ,天然高分子所具有的可再生、可降解,性等性質日益受到重視。廢棄物的資源化與可再生資源的利用 ,是當代經濟與社會發展的重大課題,也是對當代科學技術提出的新要求。在自然界中 ,木質素的儲量僅次于纖維素,而且每年都以500 億噸的速度再生。但迄今為止,超過95 %的木質素仍以“黑液”直接排入江河或濃縮后燒掉,很少得到有效利用。因此，采用簡便、低成本、條件溫和的方法分離提取木質素的研究十分重要。

木質素的基本結構單元可劃分為以下三種：愈創木基（G）、紫丁香基（S）以及對羥苯基（H），這三種元素通過共價聚合構成了不同類型的聚合物，部分聚合物再通過分子間的吸引或共價結合最終交聯形成具有多支鏈的、聚合度高且高度分散的三維立體木質素聚合體。這種結構常導致分離木質素中殘留少量半纖維素等，木質素整體分離效率不高。目前，已報道的生物質木質素分離方法很多，這里根據處理溶劑的類型可分為以下四種：

1）中性或堿性條件分離木質素。如傳統的制漿法。不足：傳統的制漿法，在制漿的過程中產生大量廢水，廢水中含有大量有機物，尤其是木質素，不僅造成環境污染還造成資源的大量浪費。

2）酸性條件提取木質素。使用微酸性的二氧六環可以實現提取生物質木質素的分離提取。同時還可以使用一定濃度的苯磺酸鹽水溶液對木質素進行提取并在水中析出其衍生物，即水溶性木質素。

3）無機鹽試劑提取木質素。例如使用亞硫酸鹽水溶液在130℃條件下對植物進行處理，使其木質素組分衍生為木質素磺酸鹽溶于水中。不足：該方法同時會將纖維素組分溶解。

4）無機酸提取不溶性木質素。例如用質量分數72%的硫酸溶液（或40%鹽酸溶液）水解脫除植物中的纖維素和其他糖類組分，所得殘渣即為“酸性木質素”，若使用硫酸水解即稱硫酸木質素或克拉森木質素；若使用鹽酸水解即稱鹽酸木質素或威爾斯塔特木質素。不足：酸木質素在分離的過程中受到酸的作用，其結構會發生化學變化。

在提取木質素工藝中，不同方法及分離條件會導致木質素結構單元之間的連接鍵型和功能基團的差異，進而導致提取率的不同。例如，傳統工藝制漿過程中會產生大量的廢水，廢水中含有大量的有機物，尤其是木質素，木質素較難回收，并且會造成環境污染；酸性條件提取木質素，酸木質素在受到酸處理的過程中，其結構會發生變化；Jiying Zhu 應用厭氧消化輔助提取經稀堿預處理后的玉米秸稈木質素，提取率不高，只有 46.2%。塔里木大學趙儉波采用NaOH從甘草渣中提取木質素，通過優化條件的方式，得到的木質素的提取率只有5%左右，且堿用量大，最優條件下固液比為1:30。武漢工業學院劉云雁采用NaOH作為堿液提取板栗殼中的木質素，堿液的用量大，最優條件下固液比為1:40，且木質素的提取率只達到10%左右，得到的是粗木質素，木質素的純度不高。如何獲得高活性木質素提取率是研究的關鍵。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種利用季銨堿提取生物質木質素的方法，它生產方法簡便、能耗及生產成本低，提取到的木質素得率較高，品質好，木質素也具有較好的溶解性。

為解決現有技術問題，本發明采取的技術方案為：

一種利用季銨堿提取生物質木質素的方法，包括以下步驟：

1）向生物質原料中加入季銨堿水溶液，水浴加熱提取，過濾；

2）濾液調pH5.0-6.0, 減壓濃縮，用三倍體積的乙醇處理并過濾；

3）濾液減壓蒸餾除去乙醇，調pH2.0-3.0，離心分離，冷凍干燥，所得產品為生物質木質素。

所述的生物質原料包括但不限于花生殼、秸稈、木屑、稻殼、玉米桿、樹皮等。