一种防止纤维素在离子液体中降解的方法技术

本发明专利技术提供了一种防止纤维素在离子液体中降解的方法，该方法包括以下步骤：分别用酸溶液和碱溶液预处理纤维素，水洗至中性后烘干；以离子液体为溶剂，采用微波快速加热至120～180°C，使纤维素能够快速溶解且无降解发生，其中，纤维素与离子液体的质量比为0.1～5%。该方法工艺简单、操作方便、溶解时间短、耗能少、并且有效地防止了纤维素在离子液体中发生降解，适合于产业化生产，为纤维素的综合利用提供一个好的途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纤维素领域，具体涉及。
技术介绍
纤维素是自然界中产量最大的天然高分子，具有可再生、可生物降解、可生物相容、可延伸化等优点。但纤维素结构复杂，内部存在大量晶区、非晶区结构和氢键，即分子间和分子内氢键，导致纤维素很难溶解在常规溶剂中，限制了纤维素的有效利用。离子液体具有良好的溶解性能，可以有效的溶解纤维素，为纤维素的开发和应用提供了一个崭新的平台。然而，在溶解过程中，随着溶解温度的升高和溶解时间的延长，必然导致纤维素分子链的断裂，容易发生降解，使得再生出来的纤维素的得率下降。比如蔗渣纤维素在普通加热条件下在离子液体中完全溶解需要较长的时间(100°C，10小时)， 并且得率仅为80%，说明纤维素发生了部分降解，再生离子溶液中测得还原糖的含量为180mg/L，影响了离子液体的回收利用，大大增加了成本。付飞飞等也提出了纤维素在离子液体中的降解问题(纤维素在离子液体中的溶解与降解，杭州化工，2010年3月)。因此，开发一种防止纤维素在离子液体中发生降解，从而提高纤维素得率的方法是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对以上要解决的技术问题，提供，该方法工艺简单、操作方便、溶解时间短、耗能少、纤维素在离子液体中未发生降解。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了，该方法包括以下步骤A、分别用酸溶液和碱溶液预处理纤维素，水洗至中性后烘干。B、以离子液体为溶剂，采用微波加热至140 180° C，使所述纤维素溶解于所述离子液体中且无降解发生，其中，纤维素与离子液体的质量比为O. I 5%。该方法先以酸溶液和碱溶液预处理纤维素，去除纤维中的木质素和半纤维素，再水洗至中性烘干，然后以可以溶解纤维素的离子液体为溶剂，采用微波高温加热至快速溶解纤维素，从而避免纤维素在溶解过程中发生降解。微波加热的温度更优选为150 180。。。优选地，所述纤维素来源于棉花、本草类纤维或韧皮类纤维。所述本草类包括但不限于甘蔗渣、稻草，所述韧皮类纤维包括但不限于亚麻、菠萝麻、剑麻等。优选地，所述步骤A中，用酸溶液和碱溶液预处理纤维素的方式为先用酸溶液于50 100°C浸泡30 200分钟，再用碱溶液于50 100°C浸泡30 120分钟。优选地，所述酸溶液为稀硝酸溶液。更优选地，所述稀硝酸溶液中硝酸的质量分数为O. 5 5%，所述纤维素与所述稀硝酸溶液的体积比为1:30 1:5。所述纤维素与所述稀硝酸溶液的体积比更优选为I :30 I : 10，最优选为I :30 I :20优选地，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。更优选地，所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为O. 5 5%,所述纤维素与所述氢氧化钠溶液的体积比为1:30 1: 5。所述纤维素与所述氢氧化钠溶液的体积比更优选为I :30 I :10，最优选为I :30 I :20。。优选地，所述离子液体对纤维素有良好的溶解能力，所述离子液体的阳离子为含官能团取代基为C1 C12烷基、丙烯基、羟乙基中任意一种的烷基咪唑离子；所述阴离子为Cl' coo—、PO43-中的一种。本领域普通技术人员可根据本领域常规技术手段选取合适的离子液体，所述离子液体包括但不限于1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、I-丁基-3-甲基咪唑磷酸盐、I-烯丙基-3甲基咪唑氯盐、I-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯盐、I-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐。优选地，所述步骤B中，采用微波加热至140 180° C使所述纤维素完全溶解于所述离子液体中的时间为5 20分钟。微波加热5 20分钟后即达到140 180° C，且·纤维素完全溶解。优选地，所述步骤B中，用离子液体溶解所述纤维素时，微波加热的功率为200 500W。作为一种优选的实施方式，在步骤B后使用极性溶剂使纤维素再生，所述纤维素溶液与所述极性溶剂的体积比为1:4 1:8。所述极性溶剂优选为水或无水乙醇。通过再生步骤，将步骤B所得纤维素溶液经再生干燥，得到没有发生降解的纤维素粉末。本专利技术以离子液体作为溶剂，采用微波加热至高温，在极短的时间内(5 20分钟)使纤维素完全溶解在离子液体中。这种微波辅助高温短时的溶解方式使纤维素来不及降解就完全溶解在离子液体中，使纤维素得率几乎达到100%，并且所得再生离子液体溶液易于回收。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点(1)微波高温使纤维素溶解在离子液体中，溶解时间短，耗能少；(2)纤维素快速的溶解在离子液体中，防止纤维素在离子液体中发生降解，提高再生纤维素的得率；(3)纤维素快速的溶解在离子液体中，使得再生溶液中没有还原性糖液，有利于离子液体的回收；(4)离子液体性能稳定，可以回收使用，后处理成本低，环境友好。该方法纤维素得率高、能耗少、绿色环保并且适合于产业化生产，为纤维素的综合利用提供一个好的方法。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详述。但本专利技术并不限于以下实施例。应当注意的是，鉴于篇幅关系，以下实施方式中仅以棉花、甘蔗渣和菠萝麻为例，说明本专利技术的方法步骤，但本方法同样适用于其他种类的纤维素的处理，而不仅限于所述及的几种。以下实施例中，采用二硝基水杨酸法测定还原糖浓度；再生干燥后的纤维素与溶解时的纤维素的重量的比值即为纤维素得率。实施例I :将棉花先用质量分数为O. 5%的稀硝酸70°C浸泡30min (棉花与酸液质量比为1:30)，再用质量分数为3%的氢氧化钠溶液80°C下浸泡处理30min (棉花与碱液质量比为I 30);水洗至中性后烘干得到预处理的棉花纤维素。向O. 5g预处理后的棉花纤维素加入50mL I- 丁基_3甲基咪唑氯盐离子液体，并置于功率为400W的微波设备中，加热至150°C，待其完全溶解后，加入蒸馏水使纤维素析出，溶液与水的体积比为I :4，离心沉淀后烘干得到纤维素粉末。经测定和计算，本实施例中纤维素经微波加热溶解的时间为6min，且得到的纤维素得率为99%，再生溶液中含糖量为O。实施例2 将甘蔗渣先用质量分数为3%的稀硝酸100°C浸泡200min (甘蔗渣与酸液质量比为1:20)，再用质量分数为I. 5%的氢氧化钠溶液100°C下浸泡处理90min(甘蔗渣与碱液质量比为1:20);水洗至中性后烘干得到预处理的甘蔗渣纤维素。向O. 15g预处理后的甘蔗渣纤维素加入150mL I- 丁基_3_甲基咪唑氯盐离子液 体，并置于功率为500W的微波设备中，加热至160°C，待其完全溶解后，加入蒸馏水使纤维素析出，溶液与水的体积比为I :5，离心沉淀后烘干得到纤维素粉末。经测定和计算，本实施例中纤维素经微波加热溶解的时间为15min，且得到的纤维素得率为95%，再生溶液中含糖量为O。实施例3 将棉花先用质量分数为1%的稀硝酸50°C浸泡60min (棉花与酸液的质量比为I :30)，再用质量分数为O. 5%的氢氧化纳溶液50°C下浸泡处理90min (棉花与碱液的质量比为I :30);水洗至中性后烘干得到预处理的棉花纤维素。向2. 5g预处理后的棉花纤维素加入50mL I-丁基_3_甲基咪唑磷酸盐离子液体，并置于功率为200W的微波设备中，加热至140°C，待其完全溶解后，加入无水乙醇使纤维素析出，溶液与无水乙醇的体积比为I :6，离心沉淀后烘干得到纤维素粉末。经测定和计算，本实施例中纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防止纤维素在离子液体中降解的方法，其特征在于包括以下步骤：A、分别用酸溶液和碱溶液预处理纤维素，水洗至中性后烘干；B、以离子液体为溶剂，采用微波加热至140～180°C，使所述纤维素溶解于所述离子液体中且无降解发生，其中，所述纤维素与所述离子液体的质量比为0.1～5%。

【技术特征摘要】
1.一种防止纤维素在离子液体中降解的方法，其特征在于包括以下步骤 A、分别用酸溶液和碱溶液预处理纤维素，水洗至中性后烘干； B、以离子液体为溶剂，采用微波加热至140 180°C，使所述纤维素溶解于所述离子液体中且无降解发生，其中，所述纤维素与所述离子液体的质量比为O. I 5%。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤A中，用酸溶液和碱溶液预处理纤维素的方式为先用酸溶液于50 100°C浸泡30 200分钟，再用碱溶液于50 100°C浸泡30 120分钟。3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述酸溶液为稀硝酸溶液。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述稀硝酸溶液中硝酸的质量分数为O.5 5%，所述纤维素与所述稀硝酸溶液的体积比为1:30 1:5。5.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述碱溶液为氢氧化钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：李积华，魏晓奕，汪一红，王飞，崔丽虹，刘义军，付调坤，
申请(专利权)人：中国热带农业科学院农产品加工研究所，
类型：发明
国别省市：