CN103755971A - 一种酸性离子液体和有机溶剂在秸秆中提取木质素的方法 - Google Patents

一种酸性离子液体和有机溶剂在秸秆中提取木质素的方法 Download PDF

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宋展欣
王宁宁
杨艳
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Abstract

本发明涉及一种酸性离子液体和有机溶剂在秸秆中提取木质素的方法。其特征是采用酸性离子液体和高沸点有机溶剂在常压下液化生物质的同时提取木质素的方法。包括如下步骤：a.将秸秆加入高沸点有机溶剂和酸性离子液体中进行反应；b.反应后加丙酮后过滤分离；c.将滤液除去丙酮，加入蒸馏水析出木质素，冷冻干燥。本发明工艺简单，常压下即可反应，绿色环保。

Description

一种酸性离子液体和有机溶剂在秸秆中提取木质素的方法
技术领域
本发明属于生物质综合利用领域，特别涉及一种利用酸性离子液体同高沸点有机溶剂在秸秆中提取木质素的方法。
背景技术
随着科技进步和社会的发展，人们对环境和能源的认识不断提高。木质素是最丰富的木质纤维素的主要成分之一，是一种具有芳香环的可再生自然资源，木质素的天然结构单元中含有多种活性官能团，主要有醇羟基、酚羟基、甲氧基、醛基、酮基、羧基等，这些活性基团的反应能力很强，能发生氧化、还原、磺甲基化、烷氧化、烷基化等反应，这就极大的提高了木质素在工业上的适应性。我国秸秆主要用途是造纸、饲料、还田及作为燃料使用，完全处于高消耗、高污染、低产出的状况，对秸秆的利用率很低。秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，因此开发和利用这种含量丰富的可再生资源具有重大的现实意义和广阔的发展前景。
目前从生物质中提取木质素的方法主要有：有机溶剂提取方法，浓酸溶解植物纤维提取方法和碱提取方法，然而有机溶剂提取方法多采用低沸点有机溶剂，导致条件苛刻，沸点低，危险大等问题。而酸提取和碱提取则会导致环境污染问题。离子液体是一种绿色安全的化合物，具有较高的热稳定性，易回收、但是价格较高，限制了其大规模使用，而且粘度大，不利于高效提取木质素。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，我们进行了大量的研究，结果发现可以采用酸性离子液体做催化剂和高沸点有机溶剂做溶剂对秸秆中的木质素进行提取的方法，这一方法不仅解决了单纯使用离子液体造价高的问题，而且降低体系粘度，同时降低对设备腐蚀等问题，具有工艺简单、绿色环保、后处理过程简单、木质素提取率高的特点。
本发明提供的方法为：以秸秆为原料，酸性离子液体为催化剂，高沸点有机溶剂为溶剂，在常压下于110～160℃反应0.5～6h。当溶液的颜色由无色变为褐色时，反应停止。加丙酮搅拌30min，产物真空抽滤，不溶物碳水化合物在105℃干燥至恒重。滤液加蒸馏水析出木质素，静置一段时间，真空抽滤得木质素，之后冷冻干燥。离子液体可以通过向其中加入乙腈/乙酸乙酯进行分离，再进行精制，可以实现离子液体的循环利用。
所述高沸点有机溶剂和秸秆的质量比为：5：1～15：1，酸性离子液体和秸秆的质量比为：1.5：1～7.5：1。
其中所描述的酸性离子液体为功能化离子液体，阳离子为烷基咪唑、烷基吡啶等构成的单核及双核含氮化合物，阴离子为HSO4 -的离子液体，高沸点有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
所述的方法，使用油浴加热。
所述的方法，离子液体循环利用可以通过向其中加入乙腈/乙酸乙酯进行分离，再进行精制，可以实现离子液体的循环利用。
本发明具有以下优点：
1.原料来源丰富，环保；
2.该发明在液化生物质的同时，提取了木质素；
3.本发明使用功能化离子液体和高沸点有机溶剂共同提取木质素，降低了提取费用；
4.该发明条件温和在常压下即可提取木质素，对设备腐蚀性小，提高了木质素的提取率；
5.本发明工艺简单可行，功能化离子液体和高沸点有机溶剂都可回收并且重复利用，对环境无污染；
6.本发明提供的方法易于实现工业化。
具体实施方式
本发明用以下实施例说明，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离前后所述宗旨的前提下，变化实施都包含在本发明的技术范围内。
实施例1
所用离子液体为1-甲基-3-丙磺酸基咪唑硫酸氢盐([C3H6SO3Hmin]HSO4)
实施方法为：将20mlN-甲基吡咯烷酮(NMP)加入50ml的三颈圆底烧瓶中，将圆底烧瓶置于160℃的油浴锅中，之后加入1-甲基-3-丙磺酸基咪唑硫酸氢盐([C3H6SO3Hmin]HSO4)1.81g和2g秸秆加到三口烧瓶中，在N2下搅拌油浴加热至160℃，反应2h，停止反应，冷却至室温，加入丙酮，室温搅拌30min，将混合物抽滤，滤液在旋转蒸发仪下旋蒸除去丙酮，加去蒸馏水析出沉淀木质素。木质素冷冻干燥至恒重，计算得木质素提取率为81.31％。
实施例2～4
实施方法为：按照与实施例1相同的实验步骤，但是使用不同离子液体/秸秆质量比，结果表1所示。
表1不同质量的秸秆在离子液体中提取木质素的结果
Figure BSA0000098823040000021

Claims (8)

1.一种酸性离子液体和有机溶剂在秸秆中提取木质素的方法，其特征在于：以秸秆为原料，酸性离子液体做催化剂和高沸点有机溶剂为溶剂，在常压下于120～160℃反应0.5～6h，当溶液的颜色由无色变为褐色时，反应停止，加丙酮搅拌30min，产物真空抽滤，不溶物碳水化合物在105℃干燥至恒重，滤液加蒸馏水析出木质素，静置一段时间，真空抽滤得木质素，冷冻干燥得木质素，
R ( % ) = W 1 W 0 × 100 %
其中R为提取木质素率，W0为秸秆中的木质素初始质量，W1为提取木质素的质量。
2.根据权利要求1所述的一种酸性离子液体和有机溶剂在秸秆中提取木质素的方法，秸秆优选为粉碎过筛的粉末状秸秆。
3.根据权利要求1所述的一种酸性离子液体和有机溶剂在秸秆中提取木质素的方法，其特征在于高沸点有机溶剂和秸秆的质量比为：5：1～15：1，酸性离子液体和秸秆的质量比为：1.5：1～7.5：1。
4.根据权利要求1所述的一种酸性离子液体和有机溶剂在秸秆中提取木质素的方法，其特征在于，所描述的酸性离子液体为磺酸功能化离子液体，阳离子为咪唑类有机阳离子，阴离子为HSO4 -的离子液体。
5.根据权利要求1所述的一种酸性离子液体和有机溶剂在秸秆中提取木质素的方法，其特征在于，所描述的高沸点有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
6.根据权利要求1所述酸性离子液体和有机溶剂为溶剂提取木质素的方法，使用油浴加热。
7.根据权利要求1所述离子液体液化秸秆的方法，真空抽滤温度为反应温度或比反应温度稍低。
8.根据权利要求1所述离子液体液化秸秆的方法，离子液体与液化产物可以通过向其中加入乙腈/乙酸乙酯进行分离，再进行精制，可以实现离子液体的循环利用。
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