[发明专利]一种利用季铵碱提取生物质木质素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子化合物的提取方法，具体来说是一种利用季铵碱提取生物质木质素的方法。

背景技术

生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。从结构与化学组成上看，木质素的结构最为复杂，是由羟基或甲氧基取代的苯丙烷单体经无序聚合而成的三维复杂结构，是化学化工生产中芳香族化合物原料的丰富资源。

化石能源的日益枯竭、木质素的丰富储量、木质素科学的飞速发展决定木质素的经济效益的可持续发展性。木质素成本较低，木质素及其衍生物具有多种功能性，可作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、沥青乳化剂，木质素对人类可持续发展最为重大贡献就在于提供稳定、持续的有机物质来源，其应用前景十分广阔。研究木质素性能和结构的关系，利用木质素制造可降解、可再生的聚合物。

随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入 ,天然高分子所具有的可再生、可降解,性等性质日益受到重视。废弃物的资源化与可再生资源的利用 ,是当代经济与社会发展的重大课题,也是对当代科学技术提出的新要求。在自然界中 ,木质素的储量仅次于纤维素,而且每年都以500 亿吨的速度再生。但迄今为止,超过95 %的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉,很少得到有效利用。因此，采用简便、低成本、条件温和的方法分离提取木质素的研究十分重要。

木质素的基本结构单元可划分为以下三种：愈创木基（G）、紫丁香基（S）以及对羟苯基（H），这三种元素通过共价聚合构成了不同类型的聚合物，部分聚合物再通过分子间的吸引或共价结合最终交联形成具有多支链的、聚合度高且高度分散的三维立体木质素聚合体。这种结构常导致分离木质素中残留少量半纤维素等，木质素整体分离效率不高。目前，已报道的生物质木质素分离方法很多，这里根据处理溶剂的类型可分为以下四种：

1）中性或碱性条件分离木质素。如传统的制浆法。不足：传统的制浆法，在制浆的过程中产生大量废水，废水中含有大量有机物，尤其是木质素，不仅造成环境污染还造成资源的大量浪费。

2）酸性条件提取木质素。使用微酸性的二氧六环可以实现提取生物质木质素的分离提取。同时还可以使用一定浓度的苯磺酸盐水溶液对木质素进行提取并在水中析出其衍生物，即水溶性木质素。

3）无机盐试剂提取木质素。例如使用亚硫酸盐水溶液在130℃条件下对植物进行处理，使其木质素组分衍生为木质素磺酸盐溶于水中。不足：该方法同时会将纤维素组分溶解。

4）无机酸提取不溶性木质素。例如用质量分数72%的硫酸溶液（或40%盐酸溶液）水解脱除植物中的纤维素和其他糖类组分，所得残渣即为“酸性木质素”，若使用硫酸水解即称硫酸木质素或克拉森木质素；若使用盐酸水解即称盐酸木质素或威尔斯塔特木质素。不足：酸木质素在分离的过程中受到酸的作用，其结构会发生化学变化。

在提取木质素工艺中，不同方法及分离条件会导致木质素结构单元之间的连接键型和功能基团的差异，进而导致提取率的不同。例如，传统工艺制浆过程中会产生大量的废水，废水中含有大量的有机物，尤其是木质素，木质素较难回收，并且会造成环境污染；酸性条件提取木质素，酸木质素在受到酸处理的过程中，其结构会发生变化；Jiying Zhu 应用厌氧消化辅助提取经稀碱预处理后的玉米秸秆木质素，提取率不高，只有 46.2%。塔里木大学赵俭波采用NaOH从甘草渣中提取木质素，通过优化条件的方式，得到的木质素的提取率只有5%左右，且碱用量大，最优条件下固液比为1:30。武汉工业学院刘云雁采用NaOH作为碱液提取板栗壳中的木质素，碱液的用量大，最优条件下固液比为1:40，且木质素的提取率只达到10%左右，得到的是粗木质素，木质素的纯度不高。如何获得高活性木质素提取率是研究的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用季铵碱提取生物质木质素的方法，它生产方法简便、能耗及生产成本低，提取到的木质素得率较高，品质好，木质素也具有较好的溶解性。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种利用季铵碱提取生物质木质素的方法，包括以下步骤：

1）向生物质原料中加入季铵碱水溶液，水浴加热提取，过滤；

2）滤液调pH5.0-6.0, 减压浓缩，用三倍体积的乙醇处理并过滤；

3）滤液减压蒸馏除去乙醇，调pH2.0-3.0，离心分离，冷冻干燥，所得产品为生物质木质素。

所述的生物质原料包括但不限于花生壳、秸秆、木屑、稻壳、玉米杆、树皮等。