[发明专利]一种低共熔离子液分离提取秸秆木质素的方法

说明书

本发明涉及一种用低共熔离子液分离提取秸秆木质素的工艺方法，其步骤是将秸秆粉原料与低共熔离子液按一定的质量比加入常压反应器中，在110℃～160℃下混合、搅拌反应一段时间后，用碱将该混合物的pH值调至11左右，高速离心，保留上层溶液。再用酸将该溶液的pH值调至3以下，再次离心后将沉淀物用蒸馏水洗涤、离心至上清液呈中性，最后的沉淀物经冷冻干燥得到木质素。其特点是以价格低廉且无毒的氯化胆碱和氢键供体为原料，在非常温和的条件下制备得到低共熔离子液，并用其分离提取稻秸中的木质素，其原料易得，价格低廉、过程简单，条件温和，反应易于控制且可有效降低能源消耗。

技术领域

本发明属于化学工业应用领域，具体涉及一种用低共熔离子液分离提取秸秆木质素的工艺。

背景技术

在我国，每年稻秸产量高达2.3亿吨，是一种数量巨大的可再生生物质资源，而对天然可再生资源进行有效利用，已经成为当今人类可持续发展的关键之一。而木质素是稻秸中的最主要成分之一，其含量仅次于纤维素，随着石油资源的日益紧缺，而木质素作为可再生资源中唯一的芳香环来源，需要进行更多的探索，以木质素代替石油可合成更多的化工和生活用品。但由于种类多样、化学结构复杂、没有纯模型物等原因，木质素的提取、分离与应用仍是这一领域的一大难题。原木木质素由于相对分子质量大和缺少亲液性基团，在水中以及通常溶剂中的溶解性较差，基本上不溶解。从生物质材料中提取木质素的传统方法是用浓硫酸或稀硫酸反应，虽然效率高，但对环境污染较大，不适宜大规模推广。有机溶剂木质素可溶于二氧六环、吡啶、甲醇、乙醇、丙酮和稀碱液中，但必须在这些溶剂中加少许水，否则几乎不溶。因此寻找一种新的木质素的分离方法是当今的研究热点。离子液体是由有机阳离子和无机阴离子组成的盐，在常温下呈液态。近年来因其具有性能稳定，无污染，易回收，且在提高反应速率、选择性和催化作用等方面呈现明显优势而备受关注，享有“绿色溶剂”之誉。在木质素溶解和催化裂解中也有相关应用，特别是传统的咪唑类离子液如氯代1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl)等对木质素和纤维素的溶解能力都较强，但由于其生物降解性差，具有一定的毒性，且成本是普通溶剂的2～4倍甚至更高，因此难以得到广泛应用。低共熔离子液又称低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents，DES)是一种由季铵盐或金属盐和氢键供体组成的共熔混合物。与传统离子液相比，其制备工艺简单、原料易取、价格低廉、无环境副作用，但是其在对生物质中木质素的提取方面尚无应用。本发明公开的是采用一步合成法制备氯化胆碱系低共熔离子液，用以从秸秆中分离提取木质素，为天然可再生资源的提取与利用提供一种新方法，具有重要的经济意义和社会意义。

发明内容

本发明的目的：旨在提供一种原料易得，价格低廉、条件温和、过程简单的木质素提取方法。借助氯化胆碱的季胺盐结构，在制备低共熔离子液时，只需将一定摩尔比的氯化胆碱和氢键供体混合并于一定温度下加热搅拌直至形成均一的无色液体，并以此为溶剂处理秸秆粉，从中提取木质素。

本发明的技术方案：将秸秆粉原料与低共熔离子液按一定的质量比加入常压反应器中，在110℃～160℃下混合、搅拌反应一段时间后，用浓度为10％的氢氧化钠溶液将该混合物的pH值调至11，高速离心，保留上层溶液。用浓度为10％的硫酸将该溶液的pH值调至3以下，再次离心后将沉淀物用蒸馏水多次洗涤、离心至上清液显中性，最后的沉淀物经冷冻干燥得到木质素；所述低共熔离子液是以氯化胆碱分别和尿素、丙三醇、柠檬酸作为原料在70～100℃的温和条件下至反应液透明所制得的氯化胆碱系低共熔离子液，其中，氯化胆碱与尿素的物质的量之比为1∶1～1∶3、氯化胆碱与丙三醇的物质的量之比为1∶1～1∶2、氯化胆碱与柠檬酸的物质的量之比为1∶1～3∶1；

(1)所述的方法，其中，秸秆粉原料是将干燥后的秸秆经粉碎、球磨、筛选后，取40目～100目的粉末，烘至绝干所得；

(2)所述的方法，其中，低共熔离子液与秸秆粉原料的质量比为100∶5～20；

(3)所述的方法，其中，保温反应时间为1h～10h。

本发明与现有技术相比具有以下优点：