CN102304865A - 从烟草中提取纤维素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工领域,特别涉及从植物中提取纤维素的工艺,具体为:在烟草中加入相当于烟草质量10-15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,在80-100℃条件下进行充分的溶解反应,得反应液,将所述反应液进行固液分离,取液体,所述液体为纤维素溶液;在所得纤维素溶液中加入体积为3-5倍的去离子水,搅拌不少于30分钟后进行过滤,所得滤渣为纤维素;与传统的酸、碱活化处理烟草纤维素相比,蒸汽***预处理具有能耗低、污染小、效率高的作用,能够显著的降低生产成本;先采用蒸汽***活化烟草纤维素,再用离子液体溶解,与单独用离子液体溶解纤维素,其溶解效率提高了将近60%,极大地提高了溶解效率。

Description

从烟草中提取纤维素的方法
技术领域
本发明涉及化工领域,特别涉及从植物中提取纤维素的工艺。
背景技术
我国烟草种植面积大,产量高、但烟草种植业收益相对较低。目前主要利用了优质烟叶用于卷烟、10倍以上的烟茎、烟筋和烟末作为废弃物堆放或燃烧 ,这不但造成了资源浪费,而且引起了环境污染,成为影响烟草行业发展的难题之一。若对烟草废料进行“资源化”利用,不仅可以变废为宝,而且可以提高国民经济收入,促进我国“两烟“产业的健康发展。
烟草中含有丰富的纤维素。纤维素可被广泛用于纺织、医药、发酵产乙醇、乳酸等行业,具有很高的社会价值。但由于其复杂的空间结构和致密的结晶度,严重阻碍了纤维素的工业化应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从烟草中提取纤维素的方法,该方法操作能耗低,污染小,效率高,成本低。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
从烟草中提取纤维素的方法,具体包括以下步骤:
A 溶解反应
在烟草中加入相当于烟草质量10-15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,在80-100℃条件下进行充分的溶解反应,得反应液,将所述反应液进行固液分离,取液体,所述液体为纤维素溶液;
B 纤维素的获得
在步骤A所得纤维素溶液中加入体积为3-5倍的水介质,搅拌不少于30分钟后进行过滤,所得滤渣为纤维素。
进一步,步骤A中,所述烟草为烟草。
进一步,步骤A中,所述烟草的粒径为20目以上。
进一步,在溶解反应前,还包括烟草的预处理步骤,具体为:将烟草在水介质中浸泡不少于8小时,进行蒸汽***处理,并进行干燥,得烟草预处理料;所述蒸汽***处理的压力不低于0.04Mpa,蒸汽***时间不少于60秒。
进一步,在步骤A中,所述固液分离的方式为离心,离心的时间不少于5分钟,离心的速度不低于1500转/分。
进一步,在步骤B中,将所述滤渣用去离子水进行洗涤,并进行真空干燥,得纤维素,所述干燥温度为50-80℃,干燥时间为10-14小时。
本发明的有益效果在于:本发明采用的工艺简单、节能环保,通过蒸汽***预处理技术处理烟草原料既能达到破坏纤维素结构,又能达到活化纤维素的目的,同时还能有效提取半纤维素,污染小;活化后的纤维素用离子液体溶解,不仅溶解性能好,还能有效地回收离子液体,节约了生产成本;本发明环境污染小、成本较低,极大的扩大了农作物烟草废弃物的利用范围,具有广阔的市场前景。与传统的酸、碱活化处理烟草纤维素相比,蒸汽***预处理具有能耗低、污染小、效率高的作用,能够显著的降低生产成本;先采用蒸汽***活化烟草纤维素,再用离子液体溶解,与单独用离子液体溶解纤维素,其溶解效率提高了将近60%,极大地提高了溶解效率。
附图说明
图1 为未经任何处理过的烟草的烟草纤维素的SEM图,烟草原料表面平滑,致密有序,此种规整的结构不利于1-丁基-3-甲基咪唑氯盐的处理;
图2为蒸汽***预处理活化后的烟草大的纤维素的SEM图,经过蒸汽***活化处理后物料由于蒸汽***的作用使半纤维素素的分离,其表面结构变得蓬松,这种粗糙的表面结构使离子液体处理接触面积增大,且容易侵蚀到秸秆物料的内部,破坏纤维素的结晶结构;
图3为蒸汽爆活化后经离子液体处理烟草的SEM图,蒸汽爆活化后经离子液体处理后物料表观形态,其表面出现大量的孔洞,长条状结构已消失,物料已经完全呈现出无规则的结构,说明其离子液体处理已经破坏了其结晶结构。1-丁基-3-甲基咪唑氯盐处理后物料的无规则结构使其比表面积大大增加。
具体实施方式
本发明中所指的烟草,也包括烟梗、烟茎和烟叶,尤其是烟草生产中废弃的烟草,下述实施例中的烟草来自于重庆银福生物有机肥有限公司,为烟草生产废弃物,其SEM图如图1所示,其含水量为质量分数的7%。
纤维素收率=(得到的纤维素量/纤维素总量)*100%.
实施例1
取100g粒径为20目的烟草,加入相当于烟草的质量10倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,在100℃条件下进行溶解反应4h时间,得反应液,将所述反应液进行固液分离,取液体,所述液体为纤维素溶液;在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水,搅拌30分钟后进行过滤,所得滤渣为纤维素,纤维素质量为9.6g,纤维素收率为43.63%。
实施例2
准确称取170g的NaOH溶解于510mL的蒸馏水中,配置成质量浓度为25%的NaOH溶液。称取120g粒径为20目的烟草放入三颈瓶中,再加入500mL质量浓度为25%的NaOH溶液,机械搅拌反应1h,反应结束后用蒸馏水洗涤抽滤,至抽滤液为中性为止。将滤渣于70℃真空干燥后备用。取100g粒径为20目的烟草,加入相当于烟草的质量10倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,在100℃条件下进行溶解反应4h时间,得反应液,将所述反应液进行固液分离,取液体,所述液体为纤维素溶液;在所得纤维素溶液中加入体积为5倍的去离子水,搅拌30分钟后进行过滤,所得滤渣为纤维素,纤维素质量为19.2g,较未处理原料纤维素提高了43.64%,纤维素收率为87.27%。
实施例3
称取120g粒径为20目的烟草放入三颈瓶中,再加入500mL质量浓度为10%的盐酸溶液,机械搅拌反应1.5h,反应结束后用蒸馏水洗涤抽滤,至抽滤液为中性为止。将滤渣于70℃真空干燥后备用。取100g粒径为20目的烟草,加入相当于烟草的质量10倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,在100℃条件下进行溶解反应4h时间,得反应液,将所述反应液进行固液分离,取液体,所述液体为纤维素溶液;在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水,搅拌30分钟后进行过滤,所得滤渣为纤维素,纤维素质量为19.5g,较未处理原料纤维素提高了45.01%,纤维素收率为88.64%。
实施例4
称取100g粒径为20目的烟草放入三颈瓶中,再加入500mL水溶液,超声功率为350w超声反应1.5h,反应结束后用蒸馏水洗涤抽滤,至抽滤液为中性为止。将滤渣于70℃真空干燥后备用。取100g粒径为20目的烟草,加入相当于烟草的质量10倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,在100℃条件下进行溶解反应4h时间,得反应液,将所述反应液进行固液分离,取液体,所述液体为纤维素溶液;在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水,搅拌30分钟后进行过滤,所得滤渣为纤维素,纤维素质量为19.7g,较未处理原料纤维素提高了45.92%,纤维素收率为89.55%
实施例5
取100g粒径为30目的烟草,加入相当于烟草的质量10倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,在80℃条件下进行溶解反应,得反应液,将所述反应液进行固液分离,所述固液分离的方式为离心,离心的时间为5分钟,离心的速度1500转/分,取液体,所述液体为纤维素溶液;在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水,搅拌30分钟后进行过滤,所得滤渣为纤维素;所述滤渣用去离子水进行洗涤,并进行真空干燥,得纤维素,所述干燥温度为50℃,干燥时间为10小时,纤维素质量为9.8g,纤维素收率为44.54%。
 
实施例6
取100g粒径为60目的烟草,加入相当于烟草的质量15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,在100℃条件下进行溶解反应4h时间,得反应液,将所述反应液进行固液分离,所述固液分离的方式为离心,离心的时间为8分钟,离心的速度4000转/分,取液体,所述液体为纤维素溶液;在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水,搅拌240分钟后进行过滤,所得滤渣为纤维素;将所述滤渣用去离子水进行洗涤,并进行真空干燥,得纤维素,所述干燥温度为80℃,干燥时间为14小时。干燥后纤维素质量为9.3g,纤维素收率为42.27%
 实施例7
实施例7同实施例6相比,在溶解反应前,多一步烟草预处理步骤,具体为:将烟草在水介质中浸泡8小时,进行蒸汽***处理,并进行干燥,得烟草预处理料,其SEM图详见图2;所述蒸汽***处理的压力为0.04Mpa,蒸汽***时间60秒,干燥后得纤维素,详见图3,纤维素的质量为21.3g,较未处理原料纤维素提高了54.55%,纤维素收率为96.82%。
实施例8
实施例8同实施例6相比,在溶解反应前,多一步烟草预处理步骤,具体为:将烟草在水介质中浸泡12小时,进行蒸汽***处理,并进行干燥,得烟草预处理料;所述蒸汽***处理的压力为0.26Mpa,蒸汽***时间180秒,干燥后纤维素质量为21.5g,较未处理原料纤维素提高了55.46%,纤维素收率为97.73%。
利用传统的酸、碱活化技术还需要对处理后的废液进行处理,增加了生产成本,且不利于环境与生态健康发展。超声活化技术由于超声技术容易产生空洞效应,且容易产生生产的死角,不利于大型工业化的生产。蒸汽***活化技术利用水蒸气达到活化纤维素的目的,不仅节约了生产成本,达到了高效活化的目的,还有利于环境和生态的保护。
 
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述,但本领域的普通技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。 

Claims (6)

1.从烟草中提取纤维素的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
A 溶解反应
在烟草中加入相当于烟草质量10-15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,在80-100℃条件下进行充分的溶解反应,得反应液,将所述反应液进行固液分离,取液体,所述液体为纤维素溶液;
B 纤维素的获得
在步骤A所得纤维素溶液中加入体积为3-5倍的水介质,搅拌不少于30分钟后进行过滤,所得滤渣为纤维素。
2.根据权利要求1所述的从烟草中提取纤维素的方法,其特征在于,步骤A中,所述烟草为烟草生产废弃物。
3.根据权利要求2所述的从烟草中提取纤维素的方法,其特征在于,步骤A中,所述烟草的粒径为20目以上。
4.根据权利要求1所述的从烟草中提取纤维素的方法,其特征在于,在溶解反应前,还包括烟草的预处理步骤,具体为:将烟草在水介质中浸泡不少于8小时,进行蒸汽***处理,并进行干燥,得烟草预处理料;所述蒸汽***处理的压力不低于0.04Mpa,蒸汽***时间不少于60秒。
5.根据权利要求1所述的从烟草中提取纤维素的方法,其特征在于,在步骤A中,所述固液分离的方式为离心,离心的时间不少于5分钟,离心的速度不低于1500转/分。
6.根据权利要求1所述的从烟草中提取纤维素的方法,其特征在于,在步骤B中,将所述滤渣用去离子水进行洗涤,并进行真空干燥,得纤维素,所述干燥温度为50-80℃,干燥时间为10-14小时。
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