一种微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法，过程包括：预处理、溶解、微波加热、抽滤、分离、洗涤的过程；采用醇基低共熔溶剂、微波辅助的方式提高反应速率、缩短反应时间，进而提高了木质素的脱除率；同时，可得到高纯度、高得率、结构相对完好、富含酚羟基、分子量低且均一性好的木质素。

Microwave-assisted extraction of lignin from biomass with low eutectic solvent

【技术实现步骤摘要】
一种微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法
本专利技术涉及生物质炼制
，更具体地说是涉及一种微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法。
技术介绍
木质纤维素生物质资源作为一种绿色环保可降解可再生资源，其开发利用可有效缓解环境危机和能源危机，减少温室气体排放和环境污染。木质纤维素在自然界中储存量巨大，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。其中，木质素是目前世界上含量最丰富且极具潜力的天然可再生芳环资源，主要由芥子醇、松柏醇以及对香豆醇单元作为前驱体在各种转化酶的作用下经脱氢聚合及自由基耦合形成的三种基本结构单元紫丁香基丙烷(S)、愈创木基丙烷(G)和对羟苯基丙烷(H)组成。木质纤维素组分的高效分离，是直接决定下游生物质资源有效利用的关键。木质纤维素生物质具有天然的抗降解屏障，主要是由于其细胞壁微观结构的复杂性以及其主要组分(纤维素、半纤维素、木质素)的分布不均一性造成的。木质纤维素细胞壁微观结构的复杂性主要体现在两个方面：生物结构复杂和化学结构复杂，即细胞壁中除纤维细胞外还具有其他杂细胞(如导管、木射线细胞、薄壁细胞等)，三大主要组分之间存在复杂的化学键连接(如氢键、醚键、碳-碳键、苯基糖苷键等)，这一屏障的存在致使木质纤维素资源难以被高效利用。生物质中木质素的高效分离提取，既可以实现抗降解屏障的破除，又可以实现碳水化合物的分离纯化，提高其酶解糖化效率。但是，在传统的生物质精炼模式(如制浆造纸产业等)下得到的木质素结构破坏严重，致使木质素活性低、难以转化、难以高值化利用。基于这一现状，探索绿色高效的木质素分离方法是实现木质纤维素生物质(尤其是木质素)资源高值化利用的有效策略之一。目前提取分离木质素的主要方法分为：酸法、碱法、有机溶剂法、生物法等，但是这些方法均在一定程度上存在环境污染、能耗高、木质素纯度低、结构破坏严重等缺点。因此，如何提出一种木质素脱出速率高且破坏性小的从生物质中提取木质素的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法，该方法采用醇基低共熔溶剂、微波辅助的方式提高反应速率、缩短反应时间，进而提高了木质素的脱除率。同时，可得到高纯度、高得率的木质素，木质素存在一定量芳基醚键含量，结构保存相对完好，富含酚羟基、分子量低且均一性好。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法，包括下述步骤：1)预处理：对生物质除杂、粉碎、烘干，得到木质素原料，备用；2)溶解：将步骤1)得到的木质素原料与低共熔溶剂混合，得到混合体系；3)微波加热：将步骤2)得到的混合体系在微波下加热至90-130℃后，保持在此温度下反应10-15min，然后向其中加入丙酮水，终止反应，得到混合溶液；4)抽滤、分离：将步骤3)得到的混合溶液进行抽滤，取滤液旋蒸后，再进行离心，分离上清和沉淀，备用；抽滤后剩余的固体为纤维素样品；5)洗涤：对步骤4)得到的沉淀进行洗涤、冻干，得到木质素样品。以上技术方案达到的技术效果是：低共熔溶剂是由氢键供体和氢键受体组成，能够破坏木质素原料中的氢键，断裂木质素-碳水化合物复合体结构，从而有效解离木质素，同时低共熔溶剂能够溶解木质素，因此，低共熔溶剂是可以有效脱除木质素的。低共熔溶剂是一种新型的绿色溶剂，也被称为类离子液体，其合成原料一般来自于生物质衍生物。由于其制备简单、成本低廉、可生物降解、易循环利用且原子利用率达100％，目前被广泛应用于分离、催化、电化学和制备功能材料等领域；微波辅助的加热方式是利用微波的能量特性，选择性的对物质进行加热，具有快速、高效、均匀等特点，既可大幅提高加热速率，而且操作简便、热量不易损失。以低共熔溶剂提取生物质中的木质素，可使木质素充分溶解，以微波进行加热，提高了反应速率、缩短了反应时间；同时，可得到高纯度、高得率的木质素，木质素存在一定量芳基醚键含量，结构保存相对完好，富含酚羟基、分子量低且均一性好。作为本专利技术优选的技术方案，所述生物质包括：杨木或桉木中的任意一种。作为本专利技术优选的技术方案，对所述生物质进行粉碎后的细度为40-60目。作为本专利技术优选的技术方案，所述低共熔溶剂包括：氯化胆碱、乙二醇和三氯化铝；且三者的摩尔比为(1:1:0.1)～(1:2:0.2)。作为本专利技术优选的技术方案，木质素原料与低共熔溶剂的质量比为1:13-17。作为本专利技术优选的技术方案，所述丙酮水以丙酮与水按照1:1的体积比混合而成。作为本专利技术优选的技术方案，以pH为2的HCl溶液对步骤4)得到的沉淀进行洗涤。作为本专利技术优选的技术方案，从生物质中提取木质素的过程还包括：6)旋蒸、回收：对步骤4)得到的上清旋蒸，然后向其中加入三氯化铝，回收得到低共熔溶剂。以上技术方案达到的技术效果是：添加一定量的三氯化铝后，使上清液的pH值与低共熔溶剂的pH值相同，便于对低共熔溶剂回收并重复利用。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术所用的溶剂为氯化胆碱系低共熔溶剂，以氯化胆碱、乙二醇与三氯化铝为原料，其制备简单、成本低、绿色环保、易循环利用且原子利用率达100％。(2)本专利技术采用简单高效的微波辅助加热的方式，极大地提高了反应速率，缩短了反应时间，且有效地减少了能源消耗，降低了成本。(3)本专利技术所得到的木质素纯度高、得率高、结构保存相对完好、富含酚羟基、分子量低且均一性好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为实施例1-7中得到的木质素的二维核磁碳氢相关谱图侧链区主要典型联接键表征图；图2附图为实施例1-7中所得到的木质素的二维核磁碳氢相关谱图芳环区主要典型联接键表征图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中低共熔溶剂的制备方法：按照特定摩尔比将溶剂混合，并在搅拌条件下加热至80℃，即可得到低共熔溶剂。实施例1一种微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法，包括下述步骤：1)预处理：对杨木除杂、粉碎至细度为40-50目、烘干，得到木质素原料，备用；2)溶解：将步骤1)得到的木质素原料与乙二醇与三氯化铝和氯化胆碱的混合物混合，木质素原料与低共熔溶剂的质量比为1:13，得到混合体系；氯化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法，其特征在于，包括下述步骤：/n1)预处理：对生物质除杂、粉碎、烘干，得到木质素原料，备用；/n2)溶解：将步骤1)得到的木质素原料与低共熔溶剂混合，得到混合体系；/n3)微波加热：对步骤2)得到的混合体系微波加热至90-130℃后，保持此温度下反应10-15min，然后向其中加入丙酮水，终止反应，得到混合溶液；/n4)抽滤、分离：将步骤3)得到的混合溶液进行抽滤，取滤液旋蒸后，再进行离心，分离上清和沉淀，备用；/n5)洗涤：对步骤4)得到的沉淀进行洗涤、冻干，得到木质素样品。/n

【技术特征摘要】
1.一种微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)预处理：对生物质除杂、粉碎、烘干，得到木质素原料，备用；
2)溶解：将步骤1)得到的木质素原料与低共熔溶剂混合，得到混合体系；
3)微波加热：对步骤2)得到的混合体系微波加热至90-130℃后，保持此温度下反应10-15min，然后向其中加入丙酮水，终止反应，得到混合溶液；
4)抽滤、分离：将步骤3)得到的混合溶液进行抽滤，取滤液旋蒸后，再进行离心，分离上清和沉淀，备用；
5)洗涤：对步骤4)得到的沉淀进行洗涤、冻干，得到木质素样品。


2.根据权利要求1所述的一种微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法，其特征在于，所述生物质包括：杨木或桉木中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的一种微波辅助低共熔溶剂提取生物质中木质素的方法，其特征在于，对所述生物质进行粉碎后的细度为40-60目。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：文甲龙，马成业，孙润仓，袁同琦，王汉敏，曹学飞，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11