[發明專利]一種溫和且快速分離木質素的方法

有效

• 申請號: 201910938135.5
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110527111B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 張學銘;陳天影;許鳳;朱若楠;黃劍波
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: C08H7/00
• 分類號: C08H7/00
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 張皓

本發明涉及一種溫和且快速分離木質素的方法，其包括以下步驟：1)氯化鋅/乳酸溶劑體系的配置；2)生物質的前處理；3)無抽提物生物質原料的反應；4)木質素的分離；5)木質素的沉淀析出；和6)溶劑體系的回收再利用。根據本發明的方法采用有機酸乳酸替代傳統上分離木質素使用的無機強酸，危險系數較低，對設備要求較低，且可來源于生物質，并且在利用過程中可循環使用，綠色環保。并且氯化鋅和乳酸可以充分混合，形成均一溶液，且兩者會通過金屬鋅和乳酸中的氧形成絡合，進一步促進木質素的快速分離。

技術領域

本發明屬于木質素分離技術領域，具體涉及一種采用氯化鋅/乳酸混合體系處理木質纖維生物質，溫和快速分離木質素的方法。

背景技術

木質素廣泛存在于高等植物中，是僅次于纖維素的第二大生物質資源，占植物體總質量的20％～30％。木質素作為一種豐富的芳香環聚合物，可以應用到能源和化學品領域中，充分實現其高值化利用。然而，在植物細胞壁中，胞間層，初生壁和次生壁三個部位的木質化程度不同，木質素結構不同，且木質素與半纖維素以化學鍵的形式相連接，纖維素與木質素之間存在氫鍵，以及高度結晶的纖維素結構共同構成了細胞壁結構的“天然復雜性”。因此，在突破生物質木質素研究的障礙中，木質素的分離顯得尤為重要。

無機熔鹽水合物是一種類離子液體體系，價格低廉，易于獲得。熔融鹽水合物對纖維素、半纖維素等多糖具有良好的潤脹、溶解、水解能力。其中，氯化鋅是一種常見的熔融鹽，它的鋅離子(Zn²⁺)和氯離子(Cl^-)分別能夠與纖維素羥基中的氧原子(O)和氫原子(H)相互作用，并與纖維素形成氫鍵，從而破壞纖維素之間和纖維素與木質素之間的氫鍵網絡。同時氯化鋅的存在可以破壞纖維素的結晶結構，使纖維素發生潤脹。熔融鹽的這一性能在生物質預處理過程中可以發揮很明顯的作用。

熔融鹽在預處理生物質的過程中通常是在酸性(多為無機強酸)條件下進行的。碳水化合物和木質素之間的化學鍵在暴露的同時可以在酸的作用下發生斷裂。酸性條件對幾乎所有類型的木質纖維素生物質(玉米芯、稻草、小麥秸稈、楊樹、松樹)中木質素的去除都很有作用。然而無機強酸危險系數高，且對設備的要求較高，且使用后無法回收再利用，容易產生一系列的環境問題。因此需要開發新的分離木質素的方法。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種溫和且快速分離木質素的方法，該方法通過使用氯化鋅和乳酸的組合有效快速地分離木質素，且條件溫和，其中氯化鋅起到對生物質的潤脹作用和酸性條件對木質素的去除作用，并且氯化鋅和乳酸可通過金屬離子和氧原子形成絡合而產生共同作用，促進木質素的快速分離。

為了實現上述目的，本發明提供了一種溫和且快速分離木質素的方法，其包括以下步驟：

1)氯化鋅/乳酸(ZnCl₂/Lac)溶劑體系的配置：將氯化鋅和乳酸以一定的摩爾比例混合，并持續攪拌至溶解得到均一透明的液體。

2)生物質的前處理：將生物質研磨過篩得到40-60目的粉末，并用甲苯和乙醇以2:1的體積比混合的苯醇抽提液進行連續抽提，至索氏抽提器中的抽提液無色為止，得到無抽提物的生物質原料。

3)無抽提物生物質原料的反應：將步驟2)中得到的無抽提物生物質原料按照一定的固液比加入到上述的ZnCl₂/Lac溶劑體系中，在恒定溫度下,以300rpm至600rpm的攪拌速度進行攪拌處理一段時間，得到棕色的固液混合物。

4)木質素的分離：步驟3)中的反應結束后，加入乙醇進行稀釋，并過濾實現固液分離。

5)木質素的沉淀析出：將步驟4)中得到的濾液蒸發濃縮除去乙醇后加去離子水沉淀析出木質素，過濾、用去離子水洗滌至中性、冷凍干燥得到木質素。

6)溶劑體系的回收再利用：將步驟5)中得到過濾除去掉木質素后的液體蒸發濃縮除去全部水分，即可回收氯化鋅/乳酸溶劑體系，該回收氯化鋅/乳酸溶劑體系可以再次利用。