[发明专利]木质纤维素材料的分馏方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种木质纤维素材料的分馏方法，特别涉及一种从木质纤维素材料中分离纤维素的方法。

发明背景

本发明将特别参照由木质纤维素材料的分馏获得纤维素来进行描述，所获得的纤维素的形式适合于酶水解及发酵成乙醇。然而，应该理解的是，由本发明的方法获得的分馏产品可以具有其它的最终用途，因此这里没有限制的意思。

纤维素连同木质素和半纤维素均存在于植物的细胞壁中。植物细胞壁材料也被称为生物质或木质纤维素。在本发明中生物质和木质纤维素含义相同。纤维素主要用于制造纸浆和纸制品、纺织品和纤维。有建议提出，将纤维素作为它的成分葡萄糖的替代来源。纤维素易于发酵成有价值的生物燃料乙醇。目前利用乙烯水合反应生产乙醇，乙烯来自于石油、玉米的天然淀粉、以及甘蔗或甜菜的糖分。淀粉和糖相对容易水解，水解产物为它们的成分单糖。然而，玉米和糖从其自身上来说也是有价值的食物来源和产品。希望能够从非食物来源，特别是利用废品，制备乙醇。因此，有提议将纤维素作为“生物-乙醇”的来源。

纤维素可以通过化学的方法或在酶催化的条件下水解为葡萄糖。化学水解包括使用浓酸，例如：硫酸。考虑到酸的成本，从经济角度出发酸水解并不适合。酶水解可以获得经济上更有利的结果，但只有在酶能够连续再循环使用或使用适当低的剂量率时才如此。然而，木质素和半纤维素的存在在某种程度上使纤维素酶失去活性。因此，将纤维素中的这些成分分离出去对工艺的效率和成本都很重要。此外，植物纤维中的天然态纤维素是部分结晶的，该结晶成分抵抗酶水解。目前，分馏木质纤维素材料的商业化方法(例如Kraft工艺)要么不能充分地使木质素与纤维素分离，要么生成保留有大部分结晶成分的纤维素。因此，由这些工艺制备的纤维素 不适合酶降解。这些商业化方法的另外一个缺点是产生不良污染物。所以，迫切需要寻找一种既符合环境标准又在商业上可行的木质纤维素材料的分馏方法。

众所周知，纤维素能够溶解在离子液体中，离子液体是指在相对低温下以液体形式存在的有机盐。目前，纤维素加工及化学工艺主要依靠二硫化碳和苛性碱为溶解液。利用对精制和天然纤维素合适的溶剂能够大大提高现有方法使纤维素溶解和衍生化的效率。纤维素与离子液体的溶液适合于形成纤维素丝、薄膜、和珠的常规工艺技术。例如，不溶于水的染料以及用于与金属离子配位和连接的配位剂可以很容易地以高浓度溶解在此极性离子液体中。按此方式可以将它们结合到处理的亲水性纤维素基质当中，从而得到适合在水性介质中感测和处理的材料。

依据常规的聚合物化学技术，通过向聚合物溶液中添加可混溶的非溶剂，由此回收溶解在离子液体中的纤维素。所需的纤维素聚合物形成单相沉淀，可以通过常规的液/固分离技术进行回收。按这种方式沉淀的聚合物通常被溶解的液体所污染，必须将该液体从沉淀的材料中予以分离。就从离子液体中沉淀的纤维素来说，已知这种分离是困难的。此外，离子液体价格较高，这也就意味着为了工艺的商业可行性，必须能够以相对有效的方式对离子液体进行再循环利用。然而，已经证实，可混溶的非溶剂的分离也很困难。本发明人尚未获悉任何处理纤维素的商业化工艺涉及使用离子液体。

本发明涉及分馏木质纤维素材料并由此得到纤维素的方法。

发明简述

根据本发明的第一种广泛形式，提供了一种分馏木质纤维素材料的方法，所述方法包括：

使木质纤维素材料与离子液体接触，并将木质纤维素材料溶解在其中；

提供第二种液体，该第二种液体与所述离子液体不可混溶，并且也是纤维素的非溶剂；

把第二种液体添加到所述离子液体中，从而形成两相体系，所述两相体系包括基本上不含木质纤维素的离子液体相和第二液相，所述第二液相包含溶液中的木质素和作为沉淀的纤维素；

使所述两个相分离；并且

从分离后的第二液相中回收沉淀的纤维素。

能利用本发明方法处理的木质纤维素材料可以是包含纤维素和木质素的任何植物衍生材料，例如：木材、砍伐废弃物、木片、草，也可以是农业废料，例如：甘蔗渣、玉米皮、种子壳、废纸浆、和纸制品等。

所使用的术语“不可混溶”具有其常规的含义，即指两种液体不到能完全可溶混的程度，因此，混合两种这样的液体时所产生的混合物包含不止一个液相。应该理解的是，在相之间可能发生一些液体的转移。

术语“两相体系”用来表示通过使两种不可混溶的液体混合在一起得到的具有两个液相的体系。

木质纤维素材料溶解在离子液体中，所述离子液体的阳离子优选是环状的，在结构上对应于选自以下的结构式：