[发明专利]一种用质子型离子液体去除秸秆木质素和半纤维素的方法

说明书

本发明公开了一种单一离子液体一步法去除秸秆木质素和半纤维素的方法，该方法中离子液体是多羟基质子型铵盐类离子液体，其特征在于：在温度80‑160℃，时间0.25‑24h，木质纤维素材料质量分数5％‑10％条件下溶解分离木质纤维素材料中三种组分，能使其中木质素和半纤维素含量同时下降50‑95％。该离子液体特征在于所用的合成原料价格低廉，合成方法简单，具有生物可降解性，并且离子液体一步法同时溶解去除了生物质组分中的木质素和半纤维素，得到了纯度高于70％的纤维素Ⅰ型材料，保持了原材料生物质组分中纤维素的晶型结构。该方法解决了常规离子液体价格昂贵、分离效果差等问题，为离子液体预处理生物质工业化提供了可能，属于新型生物质预处理溶剂。

技术领域

本发明涉及一种多羟基质子型铵盐类离子液体溶解分离木质纤维素秸秆原料中的纤维素和木质素、半纤维素，获得高纯度纤维素Ⅰ型材料，属于生物质领域。

背景技术

随着地球化石资源的日益衰竭，能源与环境问题已经成为人类工业化发展中亟需解决的重要难题，开发并使用绿色可再生资源，实现资源的高效利用是解决当前化学工业发展缓慢的有效途径。生物质资源作为地球上储量大、分布广的绿色可再生能源，在近些年的研究探索中受到了人们的广泛关注。除了森林植被以外，农作物秸秆和多种一年生的植物秸秆也在自然界的物质与能量循环中发挥着重要作用。作为生物质资源的主要组成部分，纤维素，半纤维素和木质素可以通过生物质精炼的工艺进行提取并加以利用。纤维素(35-55％)和半纤维素(20-35％)可以分解为葡萄糖和木糖，并通过生物和化学的方法转化制取多种药物中间体和燃料乙醇、汽油、以及二醇等化学品，而木质素(15-30％)也可以通过不同方法催化转化为汽油和其它高附加值的芳香族化合物。玉米秸秆、棉秆、芦苇杆和木屑这些低成本的农业废弃物，其本身的木质纤维素是自然界中宝贵的可再生资源。

通过对木质纤维素复杂结构进行溶解分离预处理，实现生物质组分纤维素和半纤维素、木质素的高效分离是生物质资源利用的关键步骤，其中，对于纤维素的分离提取及利用尤为重要。传统预处理工艺过程所用的溶剂多为酸、碱溶液或者有机溶剂，但是这些溶剂体系普遍存在环境污染严重、不能回收利用、对设备要求严格和成本高等问题。

离子液体作为反应介质和溶剂，在近些年的研究中受到了人们的广泛关注。离子液体具有热稳定性好，难挥发，可回收循环利用等优点，已经广泛应用于有机合成，工业催化和萃取分离等领域。室温离子液体能够与生物质组分形成较强的离子液体氢键作用，这为其应用于生物质的组分溶解分离提供了新思路。常规的单一离子液体溶解分离木质纤维素组分有两种思路，一种思路是用溶解纤维素能力较好的离子液体溶解木质纤维素中的纤维素，然后再生得到无定形态的纤维素Ⅱ型材料，以促进纤维素的进一步转化应用，专利US2010/0163018 A1,WO2016/116126 A2,US2016/0002358 A1均公布了用不同离子液体预处理分离和利用木质纤维素的方法。另一种思路为使用对木质素溶解较好的离子液体去除生物质组分中的木质素，得到富纤维素材料，专利CN 103031762 A则用了这种方法。

离子液体用于生物质组分溶解的阳离子主要包括N-甲基咪唑类、铵盐类和磷盐类，阴离子主要为X^-(卤素)、CH₃COO^-、CH₃SO₄^-、(CH₃)₂O₂PO₂^-和HCO₂^-等，然而大多数单一离子液体不能实现木质纤维素组分中纤维素和半纤维素的高效分离，并且合成步骤较多，成本高，通过溶解并再生得到的纤维素材料会破坏原材料中纤维素的晶型结构，在后续的应用中受到限制，同时，溶解分离中使用二甲基亚砜有机溶剂，环境污染严重，不符合可持续发展和绿色过程工程的理念。

发明内容