[发明专利]一种水热-碱同步活化法提制木质素的方法

说明书

一种水热‑碱同步活化法提制木质素的方法，属于预处理生物质提取木质素的技术领域。本发明以桑枝（叶）等生物质为原料，经生物质预处理、水热碱同步活化、调酸析出木质素、提制木质素的简单工艺而得到产品。本发明方法的原料廉价易得，制备的木质素产品回收率高且化学改性小；生产过程简单，其中稀酸的使用不仅使木质素析出，同时也可中和活化液的酸碱性，有利于环境的保护等特点。本发明可广泛应用于木质素提取，还可用于生物质中高价值天然产物的提取，实现生物质高值化转化。

技术领域

本发明属于预处理生物质提取木质素的技术领域，具体涉及水热协同碱活化提制木质素的方法。

背景技术

木质素是结构复杂的芳香族天然高分子聚合物，具有三维网状空间结构，与纤维素和半纤维素黏结在一起形成植物的主要支撑结构。因其富含芳香基、酚羟基、醇羟基、甲氧基、羰基和共轭双键等活性基团，且本身具有无毒、可生物降解、生物相容性等特点，备受人们关注。其应用表现在：①合成水凝胶，用于医用新材料；②合成树脂、表面活性剂、复合材料等，用于对重金属的吸附和农业保水剂材料；③作为种子包衣的延缓剂，以延缓发芽时间，以保证种子的机械寿命和推迟发芽。但木质素与纤维素、半纤维素的化学共价连接增加了木质素提取难度，影响了木质素的广泛应用。因此，开展木质素提取方法的研究，对天然资源的再利用以及保护环境都有重要意义。

现有木质素的提取方法，如2016年10月12日公开的公开号CN106011199A的“一种农作物秸秆的预处理方法”，公开的方法是：农作物秸秆经溶剂水的水热法预处理后，用稀氢氧化钠溶液抽提预处理物料中少量半纤维素和少量木质素后，实现原料中纤维素、半纤维素和木质素的部分分离。该方法虽规避了稀酸预处理和蒸汽爆破预处理方法中存有的少量纤维素和部分半纤维素发生降解和分解作用的问题，但仍存在以下不足：(1)该方法采用高温蒸煮和碱洗两步来实现木质纤维素的分离，产生的废液为废水和废酸，量大，加大废水处理的费用，增加生产成本；(2)该方法采取的水热法预处理为高温弱酸环境的蒸煮法，其强度较低，仅能降解和溶解部分半纤维素和木质素；(3)因秸秆中木质素含量偏低且易于提取，该方法仅针对农作物秸秆，未涉及木质素高含量的生物质处理及其效果评价，影响其应用推广。

再有木质素的提取方法，如2017年5月10日公开的公开号为CN106632515A的“一种离子液体催化醇体系降解木质素的方法”，公开的方法是：将木质素、离子液体和醇加入到反应釜中，在180～260℃条件下搅拌，催化降解木质素；待反应物冷却后，加入蒸馏水，真空抽滤分离得到未降解木质素；将滤液经减压浓缩、有机溶剂抽提后，得木质素降解产物。该方法虽相比生物转化，具有周期短、催化液提高木质素的降解率等特点，但仍存在以下的不足：(1)该方法使用多元醇作为反应液、乙酸乙酯为抽提剂，有机溶剂的使用增加生产的安全隐患，废液处理增加了生产费用；(2)使用的离子液体费用高，增加了生产成本；(3)该方法需在180～260℃的油浴中反应0.5～3h，油浴的使用，增加生产原料及储藏设备，进而增加设备费用。

发明内容

本发明的目的是，针对现有木质素提取方法的不足，提供一种水热-碱同步活化提制木质素的方法，实现操作步骤少且简单、生产能耗和成本低、不使用有机溶剂、木质素产物回收率高且化学改性小等特点。

本发明机理是：木质素的β-O-4醚键及其连接方式是木质素中含量最多且最重要的结构单元，其键能最小且最易断裂。在水热反应釜中的高压物理作用和碱的化学作用下，β-O-4醚键首先断裂，同步条件下可以发生水解反应，其主要过程便是醚键的断裂；随着温度和时间的增加，木质素与纤维素、半纤维素的化学共价连接逐步破坏；而稀盐酸的加入使溶解在碱性溶液中的木质素析出木质素。在这过程中，水热反应的物理作用和碱的化学作用，二者同步活化，加强了木质纤维的降解效果，减少化学活化剂酸、碱以及有机溶剂的使用量，减少了木质素生产安全隐患，避免酸碱使用加大对环境造成的二次污染，有利于环境保护，实现固体废弃物资源化再利用。