CN101580522A - 离子液体溶剂分离木质纤维素中木质素和纤维素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明采用咪唑类化合物与卤代烷烃合成的离子液体与水组成液相体系，其中加入木粉、木片或草木类植物，在高压釜内，一定压力和温度下，进行木质素和纤维素的分离，木质素溶解于离子液体水溶液中，固相经过滤分离、清洗、烘干后得纤维素产品，液相经稀释析、过滤分离，烘干后得木质素产品，离子液体可回收循环使用。本发明实现了纤维素和木质素的分离，制得的纤维素产品可作为原料直接用于造纸，也可制备纤维素衍生物用于日化、医药、生物等领域；木质素可制备木质素的改性产品。本发明不使用挥发性有机溶剂，无环境污染，所用溶剂可回收循环使用，生产成本低廉，具有很强的工业应用前景。

Description

离子液体溶剂分离木质纤维素中木质素和纤维素的方法
技术领域
本发明属于化学工业应用领域，具体涉及一种利用离子液体溶剂分离植物原料中木质素与纤维素的工艺。
背景技术
随着日益严重的石油危机和环境污染，国家对化工原料生产过程的要求越来越严格，越来越重视可再生生物质资源的开发和利用。纤维素和木质素是农作物和林业废弃物的主要成分，是地球上最丰富的可再生生物质资源。我国是一个农业大国，全国农作物秸秆产量约6亿吨/年，其中可收集利用的纤维素约3亿吨/年。目前，造纸等行业中将木质素与纤维素分离的方法会产生大量的红液和黑液，造成严重的环境污染。据统计，中国2002年制浆总量接近2000万t，每年产黑(红)液量近2亿t，这些黑(红)液中的主要有机成分即木质素可达500多万t，大部分随造纸废水排放污染环境，回收的一部分除直接燃烧处理外，工业木质素产品(主要是木质素磺酸盐)年产量不到50万t，除部分直接用作混凝土减水剂外，大量宝贵的木质素资源研究开发效果很差。
现有的木质素分离方法中或多或少的要用到挥发性的有机溶剂，造成了一定的环境污染。因此开发一种环境友好的方法，以水和非挥发性的离子液体为溶剂，避免使用挥发性溶剂将农林废弃物中的纤维素和木质素进行分离再转化为化工原料，对于缓解日益严重的环境污染和改善我国未来资源结构具有重要的意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种工艺简单、生产成本低廉、反应产率高的纤维素转化技术。
本发明的技术方案是按如下步骤进行操作：
第一步、以离子液体为溶剂，按照植物原料是液相重量的10～12.5％，液相中离子液体与水的质量比在10∶1～1∶10的范围内，将植物原料、离子液体和水加入到反应釜中搅拌混匀；
第二步、在压力0.1～4.00MPa和温度100～150℃条件下，进行分离原料中木质素和纤维素的反应，反应时间30～120min，过滤分离，所得固体清洗5次，烘干后得纤维素产品；
第三步、将上步所得滤液加入5～8倍的热水，离子液体水溶液经稀释析出固体后过滤分离得到，烘干；离子液体可经蒸馏脱除水份后回收循环使用。
其中所用植物原料为木粉、木片、麦杆、稻草或草木类植物的混合物。
本发明中所述离子液体溶剂是咪唑类化合物与卤代烷烃合成的离子液体，其组成为：A+B-。其中，所述阳离子A+为咪唑类化合物，其化学结构式见附图1，其中取代基R1和R2分别为碳原子数在1～5之间的烷烃或烯烃类有机基团；所述离子液体组成的阴离子B-为卤素，以氯离子效果最好；所述离子液体组成中以氯代咪唑型离子液体为最佳，如：1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体[Bmim][Cl]。
离子液体的回收通过下述过程实现：分离反应后，过滤的滤饼充分洗涤后，烘干得纤维素产品，溶解于离子液体水溶液中得木质素经稀释析出后过滤分离，烘干后得木质素产品，将最后所得的滤液进行蒸馏得到纯净的离子液体。
本发明与现有技术相比较具有如下特点：
1、离子液体蒸汽压低，热稳定性好；
2、离子液体腐蚀性低、性能稳定；
3、分离效果好，离子液体溶剂回收容易，可以循环使用；
4、生产工艺简单、生产成本低廉，无废水、废气环境污染；
5、分离植物原料所得产物为纤维素和木质素，是重要的化工原料。
本发明实现了纤维素和木质素的分离，可以制得纤维素含量＞80％的纤维产品和植物中＞50％的木质素。纤维素产品可以作为原料直接用于造纸，也可以制备纤维素衍生物用于日化、医药、生物等领域，制得的木质素制备木质素的改性产品。本发明不使用挥发性有机溶剂，无环境污染，所用溶剂可回收循环使用，生产成本低廉，具有很强的工业应用前景。
附图说明
图1、离子液体溶剂中咪唑类化合物的结构式。
具体实施方式
实施例1～6采用的原料、实施条件及收益见表1，具体操作如下：首先将2.5g松木粉加入到100ml洁净干燥的有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加入一定浓度的[Bmim][Cl]离子液体水溶液，控制温度在150℃，反应60min后，降至室温，过滤反应后的混合物，得高沸醇木质素溶液和纸浆。在室温下加入5倍体积的80℃的热水到木质素溶液中并搅拌10min。过滤收集木质素并水洗5次，再将其干燥，得离子液体木质素粉末。将纸浆用80℃的热水洗涤5次后，在90℃下干燥，得干纸浆。
表1
  实施例   1   2   3   4   5   6
  原料   松木粉   松木粉   松木粉   松木粉   松木粉   松木粉
  离子液体浓度(％)   80   80   80   60   40   20
  反应时间(h)   1   3   3   3   3   3
  反应温度(℃)   150   150   120   150   150   150
  纤维素收率(％)   46   53   49   43   40   35
  木质素收率(％)   31   36   33   30   26   23

Claims (4)

1、一种离子液体溶剂分离木质纤维素中木质素和纤维素的方法，其特征在于以如下步骤进行操作：
第一步、以离子液体为溶剂，按照植物原料是液相重量的10～12.5％，液相中离子液体与水的质量比在10∶1～1∶10的范围内，将植物原料、离子液体和水加入到反应釜中搅拌混匀；
第二步、在压力0.1～4.00MPa和温度100～150℃条件下，进行分离原料中木质素和纤维素的反应，反应时间30～120min，过滤分离，所得固体清洗5次，烘干后得纤维素产品；
第三步、将上步所得滤液加入5～8倍的热水，离子液体水溶液经稀释析出固体后过滤分离得到，烘干；离子液体可经蒸馏脱除水份后回收循环使用；
其中，所述离子液体溶剂是咪唑类化合物(I)与卤代烷烃合成的离子液体。
2、根据权利要求1所述的离子液体溶剂分离木质纤维素中木质素和纤维素的方法，其特征在于所用离子液体溶剂优选为1-丁基-3-甲基-咪唑氯盐离子液体。
3、根据权利要求1所述的离子液体溶剂分离木质纤维素中木质素和纤维素的方法，其特征在于所用植物原料为木粉、木片、麦杆、稻草或草木类植物的混合物。
4、根据权利要求1所述的离子液体溶剂分离木质纤维素中木质素和纤维素的方法，其特征在于离子液体水溶液经减压蒸馏脱除水份后，回收循环使用。
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