專利名稱：：離子液體溶劑分離木質(zhì)纖維素中木質(zhì)素和纖維素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于化學(xué)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種利用離子液體溶劑分離植物原料中木質(zhì)素與纖維素的工藝。
背景技術(shù)：
：隨著日益嚴(yán)重的石油危機和環(huán)境污染，國家對化工原料生產(chǎn)過程的要求越來越嚴(yán)格，越來越重視可再生生物質(zhì)資源的開發(fā)和利用。纖維素和木質(zhì)素是農(nóng)作物和林業(yè)廢棄物的主要成分，是地球上最豐富的可再生生物質(zhì)資源。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，全國農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量約6億噸/年，其中可收集利用的纖維素約3億噸/年。目前，造紙等行業(yè)中將木質(zhì)素與纖維素分離的方法會產(chǎn)生大量的紅液和黑液，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計，中國2002年制漿總量接近2000萬t，每年產(chǎn)黑(紅)液量近2億t，這些黑(紅)液中的主要有機成分即木質(zhì)素可達(dá)500多萬t，大部分隨造紙廢水排放污染環(huán)境，回收的一部分除直接燃燒處理外，工業(yè)木質(zhì)素產(chǎn)品(主要是木質(zhì)素磺酸鹽)年產(chǎn)量不到50萬t，除部分直接用作混凝土減水劑外，大量寶貴的木質(zhì)素資源研究開發(fā)效果很差。現(xiàn)有的木質(zhì)素分離方法中或多或少的要用到揮發(fā)性的有機溶劑，造成了一定的環(huán)境污染。因此開發(fā)一種環(huán)境友好的方法，以水和非揮發(fā)性的離子液體為溶劑，避免使用揮發(fā)性溶劑將農(nóng)林廢棄物中的纖維素和木質(zhì)素進(jìn)行分離再轉(zhuǎn)化為化工原料，對于緩解日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和改善我國未來資源結(jié)構(gòu)具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種工藝簡單、生產(chǎn)成本低廉、反應(yīng)產(chǎn)率高的纖維素轉(zhuǎn)化技術(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是按如下步驟進(jìn)行操作第一步、以離子液體為溶劑，按照植物原料是液相重量的10~12.5%，液相中離子液體與水的質(zhì)量比在10:11:10的范圍內(nèi)，將植物原料、離子液體和水加入到反應(yīng)釜中攪拌混勻；第二步、在壓力0.14.00MPa和溫度10015(TC條件下，進(jìn)行分離原料中木質(zhì)素和纖維素的反應(yīng)，反應(yīng)時間30~120min，過濾分離，所得固體清洗5次，烘干后得纖維素產(chǎn)品；第三步、將上步所得濾液加入58倍的熱水，離子液體水溶液經(jīng)稀釋析出固體后過濾分離得到，烘干；離子液體可經(jīng)蒸餾脫除水份后回收循環(huán)使用。其中所用植物原料為木粉、木片、麥桿、稻草或草木類植物的混合物。本發(fā)明中所述離子液體溶劑是咪唑類化合物與鹵代垸烴合成的離子液體，其組成為A+B'。其中，所述陽離子A+為咪唑類化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式見附圖1，其中取代基Ri和R2分別為碳原子數(shù)在1~5之間的烷烴或烯烴類有機基團；所述離子液體組成的陰離子B—為鹵素，以氯離子效果最好；所述離子液體組成中以氯代咪唑型離子液體為最佳，如l-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體[Cl]。離子液體的回收通過下述過程實現(xiàn)分離反應(yīng)后，過濾的濾餅充分洗滌后，烘干得纖維素產(chǎn)品，溶解于離子液體水溶液中得木質(zhì)素經(jīng)稀釋析出后過濾分離，烘干后得木質(zhì)素產(chǎn)品，將最后所得的濾液進(jìn)行蒸餾得到純凈的離子液體。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下特點1、離子液體蒸汽壓低，熱穩(wěn)定性好；2、離子液體腐蝕性低、性能穩(wěn)定；3、分離效果好，離子液體溶劑回收容易，可以循環(huán)使用；4、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)成本低廉，無廢水、廢氣環(huán)境污染；5、分離植物原料所得產(chǎn)物為纖維素和木質(zhì)素，是重要的化工原料。本發(fā)明實現(xiàn)了纖維素和木質(zhì)素的分離，可以制得纖維素含量〉80%的纖維產(chǎn)品和植物中〉50%的木質(zhì)素。纖維素產(chǎn)品可以作為原料直接用于造紙，也可以制備纖維素衍生物用于日化、醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域，制得的木質(zhì)素制備木質(zhì)素的改性產(chǎn)品。本發(fā)明不使用揮發(fā)性有機溶劑，無環(huán)境污染，所用溶劑可回收循環(huán)使用，生產(chǎn)成本低廉，具有很強的工業(yè)應(yīng)用前景。圖1、離子液體溶劑中咪唑類化合物的結(jié)構(gòu)式。具體實施例方式實施例16采用的原料、實施條件及收益見表r，具體操作如下首先將2.5g松木粉加入到100ml潔凈干燥的有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，加入一定濃度的[Bmim][Cl]離子液體水溶液，控制溫度在150°C，反應(yīng)60min后，降至室溫，過濾反應(yīng)后的混合物，得高沸醇木質(zhì)素溶液和紙漿。在室溫下加入5倍體積的80。C的熱水到木質(zhì)素溶液中并攪拌10min。過濾收集木質(zhì)素并水洗5次，再將其干燥，得離子液體木質(zhì)素粉末。將紙漿用80。C的熱水洗滌5次后，在9(TC下干燥，得干紙漿。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1、一種離子液體溶劑分離木質(zhì)纖維素中木質(zhì)素和纖維素的方法，其特征在于以如下步驟進(jìn)行操作第一步、以離子液體為溶劑，按照植物原料是液相重量的10～12.5％，液相中離子液體與水的質(zhì)量比在10∶1～1∶10的范圍內(nèi)，將植物原料、離子液體和水加入到反應(yīng)釜中攪拌混勻；第二步、在壓力0.1～4.00MPa和溫度100～150℃條件下，進(jìn)行分離原料中木質(zhì)素和纖維素的反應(yīng)，反應(yīng)時間30～120min，過濾分離，所得固體清洗5次，烘干后得纖維素產(chǎn)品；第三步、將上步所得濾液加入5～8倍的熱水，離子液體水溶液經(jīng)稀釋析出固體后過濾分離得到，烘干；離子液體可經(jīng)蒸餾脫除水份后回收循環(huán)使用；其中，所述離子液體溶劑是咪唑類化合物(I)與鹵代烷烴合成的離子液體。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體溶劑分離木質(zhì)纖維素中木質(zhì)素和纖維素的方法，其特征在于所用離子液體溶劑優(yōu)選為l-丁基-3-甲基-咪唑氯鹽離子液體。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體溶劑分離木質(zhì)纖維素中木質(zhì)素和纖維素的方法，其特征在于所用植物原料為木粉、木片、麥桿、稻草或草木類植物的混合物。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體溶劑分離木質(zhì)纖維素中木質(zhì)素和纖維素的方法，其特征在于離子液體水溶液經(jīng)減壓蒸餾脫除水份后，回收循環(huán)使用。全文摘要本發(fā)明采用咪唑類化合物與鹵代烷烴合成的離子液體與水組成液相體系，其中加入木粉、木片或草木類植物，在高壓釜內(nèi)，一定壓力和溫度下，進(jìn)行木質(zhì)素和纖維素的分離，木質(zhì)素溶解于離子液體水溶液中，固相經(jīng)過濾分離、清洗、烘干后得纖維素產(chǎn)品，液相經(jīng)稀釋析、過濾分離，烘干后得木質(zhì)素產(chǎn)品，離子液體可回收循環(huán)使用。本發(fā)明實現(xiàn)了纖維素和木質(zhì)素的分離，制得的纖維素產(chǎn)品可作為原料直接用于造紙，也可制備纖維素衍生物用于日化、醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域；木質(zhì)素可制備木質(zhì)素的改性產(chǎn)品。本發(fā)明不使用揮發(fā)性有機溶劑，無環(huán)境污染，所用溶劑可回收循環(huán)使用，生產(chǎn)成本低廉，具有很強的工業(yè)應(yīng)用前景。文檔編號C08H7/00GK101580522SQ20091001200公開日2009年11月18日申請日期2009年6月11日優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日發(fā)明者余加祐,李坤蘭,李銀鈴,王少君,馬英沖,魏立綱申請人:大連工業(yè)大學(xué)