[发明专利]一种利用水稻秸秆作为原料制备秸秆纤维素膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水稻秸秆纤维素的提取与再生利用技术，特别是一种利用水稻秸秆作为原料制备秸秆纤维素膜的方法。

背景技术

纤维素是自然界中的一种来源丰富的可再生资源，其结构是一种以D-吡喃式葡萄糖基通过1,4-β-苷键连接起来的具有线性结构的高分子，在室温条件下不易溶于常见溶剂，限制了纤维素的应用。中国农村秸秆资源丰富，主要为水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆等粮食作物秸秆，每年可作为能源加以利用的秸秆总量为3.8亿吨，其中水稻秸秆约占秸秆总量的27.5％，而水稻秸秆中纤维素含量约占稻秆干重的30~50%。水稻秸秆是世界上丰富的生物质资源，从水稻秸秆中提取的秸秆纤维素是生产清洁能源和精细化工品的天然原料，开发一种利用水稻秸秆作为原料制备秸秆纤维素膜的环保型新方法，可为水稻秸秆纤维素再生及其利用提供广阔的应用前景。

目前纤维素溶剂有氯化锂/甲基乙酰胺、硫氰酸胺/液氨、多聚甲醛/甲基亚砜、NaOH/尿素等多个体系，而NaOH和尿素结合可快速溶解纤维素。现有的纤维素溶解体系多具有毒性和挥发性，并存在不易回收、成本过高和污染环境等缺点，限制了纤维素在工业生产方面的应用。近年来，离子液体作为一类绿色溶剂，因无毒、回收简单、良好热稳定性和不易挥发性，在纤维素材料再生及其利用方面被认为具有广阔的应用前景。咪唑类离子液体对纤维素有一定的溶解能力，而阴离子为Cl^-和CH₃COO^-的咪唑类离子液体溶解纤维素效果显著。目前离子液体在溶解、分离纤维素和木质纤维素方面已有研究成果，但是关于利用水稻秸秆作为原料，以离子液体为溶剂制备秸秆纤维素膜的研究未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种利用水稻秸秆作为原料制备秸秆纤维素膜的方法，该方法制备过程简单，易于操作，并且该方法中所涉及的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体和1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体均可以回收重复利用，离子液体的回收率可以达到90-95％，整个制备过程无污染物排放，不产生环境污染。

本发明的技术方案：

一种利用水稻秸秆作为原料制备秸秆纤维素膜的方法，步骤如下：

1）将水稻秸秆去除根及穗部粉碎并过20目筛，然后将水稻秸秆颗粒用质量百分比浓度为10%的NaOH水溶液在恒温90℃的条件下浸泡处理1.5h，将水稻秸秆残渣滤去碱液后用超纯水冲洗至pH为7.0，于60℃条件下干燥；

2）将干燥后的水稻秸秆残渣用经质量百分比浓度为98%的H₂SO₄溶液活化的H₂O₂-CH₃COOH混合液在恒温75℃条件下浸泡3h，然后用超纯水冲洗至pH为7.0，干燥后即得到白色的水稻秸秆纤维素；

3）将离子液体在70-140℃条件下油浴预热至离子液体呈澄清液态，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体和1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体，然后将干燥的水稻秸秆纤维素加入到澄清液态离子液体中，在70-140℃条件下搅拌45-120min，得到均匀澄清的水稻秸秆纤维素离子液体溶液；

4）将上述水稻秸秆纤维素离子液体溶液在室温条件下铺平成厚度为0.5-3mm秸秆纤维素膜，然后用超纯水冲洗至pH为7.0并收集洗液，将冲洗后的秸秆纤维素膜在60-120℃条件下干燥，即可得到秸秆纤维素膜成品。

所述水稻秸秆与质量百分比浓度为10%的NaOH水溶液的质量比为1:3.3。

所述H₂O₂-CH₃COOH混合液为将质量百分比浓度为30%的H₂O₂水溶液与冰醋酸溶液按体积比1:1.5混合后，在室温下静置72h后得到的混合液；H₂O₂-CH₃COOH混合液活化时，加入质量百分比浓度为98%的H₂SO₄溶液的体积量为被活化的H₂O₂-CH₃COOH混合液总体积的1.5%；干燥后的水稻秸秆残渣与活化后H₂O₂-CH₃COOH混合液的用量比为1g：3mL。