一種離子液體溶解纖維素的方法
2023-07-31 21:27:41 1
一種離子液體溶解纖維素的方法
【專利摘要】本發明提供了一種離子液體溶解纖維素的方法，其步驟如下：(1)先後用鹼溶液和酸溶液預處理天然木質纖維，水洗至中性後烘乾；(2)將離子液體與步驟(1)處理後的纖維素進行混合，加入到乳化機中進行剪切，使纖維素完全溶解在離子液體中；(3)採用超聲處理對混合溶液進行氣泡脫除，得到纖維素/離子液體均相溶液體系。本發明的方法能夠使纖維素不會發生降解，得率相應提高。
【專利說明】一種離子液體溶解纖維素的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於纖維素加工領域，具體涉及一種離子液體溶解纖維素的方法。
【背景技術】
[0002]纖維素是自然界最豐富的天然有機物之一，其主要來源是植物，如木材、棉花、劍麻、菠蘿葉纖維等，動物、特定的細菌等也能生產纖維素。近年來，隨著能源危機和環境問題的惡化，可降解生物材料越來越受到重視。天然纖維以其質輕、可降解、價廉、高模量、高強度等優越的性能，逐漸發揮越來越重要的作用。但由於纖維素線性分子鏈在結構上的多羥基特徵及分子間和分子內強氫鍵作用導致其結晶度和取向度較高，化學反應性能差，且氫鍵聚集成高度有序的網絡結構，使得纖維素在常規的溶劑(如水和大多數有機溶劑等)中難以溶解，限制了其進一步的開發和利用。
[0003]離子液體作為近年來興起的一種有著廣闊應用前景的綠色溶劑，具有不揮發性、良好的溶解性及穩定性等優點。但纖維素在離子液體中的溶解在室溫條件下很難進行，往往需要對纖維素/離子液體體系加熱到很高的溫度。現在普遍採用的是油浴或者微波溶解工藝，但加熱溫度高，耗能較大，且纖維素有一定程度的降解，限制了其工業化生產。因此，尋找一種更加合適的離子液體溶解纖維素的方法是目前需要解決的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對以上要解決的技術問題，提供一種離子液體溶解纖維素的方法，其能夠有效改善纖維素在高溫下發生降解的問題，更好、更快地將纖維素溶解。
[0005]本發明的技術解決方案如下:
[0006]一種離子液體溶解纖維素的方法，其步驟如下:
[0007](I)先後用鹼溶液和酸溶液預處理天然木質纖維，水洗至中性後烘乾；
[0008](2)將離子液體與步驟(1)處理後的纖維素進行混合，加入到乳化機中進行剪切，使纖維素完全溶解在離子液體中；
[0009](3)採用超聲處理對混合溶液進行氣泡脫除，得到纖維素/離子液體均相溶液體系O
[0010]優選地，步驟(1)中用鹼溶液和酸溶液預處理天然木質纖維的具體操作為:將粉碎後的天然木質纖維用質量濃度為I~2.5%的鹼溶液在90~120°C下加熱3~6h，再用質量濃度為1%~3%的酸溶液在90~110°C下加熱2~4h。所述鹼溶液優選但不限於氫氧化鈉(NaOH)的水溶液。所述酸溶液優選但不限於硫酸、硝酸、鹽酸的水溶液。更優選地，用鹼溶液處理時，天然木質纖維和鹼溶液的料液比為1:40至1:15。更優選地，用酸溶液處理時，天然木質纖維和酸溶液的料液比為1:40至1:15。
[0011]優選地,步驟(2)中，所述纖維素與離子液體的質量比為0.5:100至15:100。
[0012]優選地，步驟(2)中，剪切速度為3000~26000rpm，溫度為25~150°C;剪切次數為I~10次。
[0013]優選地，所述離子液體包括但不限於1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽。
[0014]優選地，步驟(3)中，所述超聲處理的功率為50~200W，超聲時間為I~10分鐘。
[0015]優選地，本發明的天然木質纖維包括但不限於菠蘿麻、甘蔗渣、棉花。
[0016]本發明的方法具有以下有益效果:
[0017](I)現有離子液體溶解纖維素技術多採用微波溶解工藝，在高溫下溶解纖維素，本發明能夠克服微波溶解工藝的不足，在乳化機的剪切力作用下使纖維素溶解，從而使纖維素不會發生降解，得率相應提高。
[0018](2)整個過程高效節能，方法簡單，達到快速溶解纖維素的目的，符合綠色生產的要求，為纖維素快速溶解及後續綜合利用提供新的思路。
【具體實施方式】
[0019]下面結合具體實施例對本發明的技術方案作進一步的詳述，但本發明的保護範圍並不僅限於以下實施例。應當注意的是，鑑於篇幅關係，以下實例僅以菠蘿麻、甘蔗渣、棉花為例，說明本發明的方法步驟，但本方法同樣適用於其他種類的木質纖維，而不僅限於所述及的幾種。
[0020]實施例1
[0021]將粉碎後的菠蘿麻先用質量濃度為I %的NaOH水溶液在95 °C下加熱6h(料液比為1:35)，再用1.5% (質量濃度)硫酸在100°C下加熱3h (料液比為1:35)，水洗至中性後烘乾，得到預處理後的菠蘿麻纖維素樣品；
[0022]將0.5g菠蘿麻纖維素加入到50g 1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體中，然後通過乳化機，在80°C，15000rpm轉速下循環2次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，採用超聲儀在70W下超聲5分鐘脫氣，得到菠蘿麻纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經再生後測定，得率為99.4%。
[0023]實施例2
[0024]將粉碎後的甘蔗渣先用質量濃度為1.5%的NaOH水溶液在110°C下加熱3h(料液比為1:15)，再用3% (質量濃度)硝酸在100°C下加熱3h(料液比為1:15)，水洗至中性後烘乾，得到預處理後的甘蔗渣纖維素樣品；
[0025]將Ig甘蔗渣纖維素加入到50g 1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體中，然後通過乳化機，在80°C，13000rpm轉速下循環4次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，採用超聲儀在50W下超聲10分鐘脫氣，得到甘蔗渣纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經再生後測定，得率為99.3%。
[0026]實施例3
[0027]將粉碎後的棉花先用質量濃度為2%的NaOH水溶液在120°C下加熱3h(料液比為1:20)，再用3% (質量濃度)硝酸在100°C下加熱3h (料液比為1:20)，水洗至中性後烘乾，得到預處理後的棉花纖維素樣品；
[0028]將2.5g棉花纖維素加入到50g 1-乙基_3_甲基咪唑醋酸鹽離子液體中，然後通過乳化機，在室溫(25°C)下，16000rpm轉速下循環2次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，採用超聲儀在200W下超聲I分鐘脫氣，得到棉花纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經再生後測定，得率為99.2%。
[0029]實施例4
[0030]將粉碎後的菠蘿麻先用質量濃度為I %的NaOH水溶液在120°C下加熱4h (料液比為1:40)，再用1.0% (質量濃度)硫酸在110°C下加熱2h (料液比為1:40)，水洗至中性後烘乾，得到預處理後的菠蘿麻纖維素樣品；
[0031 ] 將0.25g菠蘿麻纖維素加入到50g 1-丁基_3_甲基咪唑氯鹽離子液體中，然後通過乳化機，在90°C，3000rpm轉速下循環10次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，採用超聲儀在100W下超聲2分鐘脫氣，得到菠蘿麻纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經再生後測定，得率為99.0%。
[0032]實施例5
[0033]將粉碎後的棉花先用質量濃度為1%的NaOH水溶液在110°C下加熱4h (料液比為1:30)，再用2.5% (質量濃度)硫酸在90°C下加熱4h (料液比為1:30)，水洗至中性後烘乾，得到預處理後的棉花纖維素樣品；
[0034]將15g棉花纖維素加入到10g 1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體中，然後通過乳化機，在150°C，26000rpm轉速下循環I次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，採用超聲儀在80W下超聲4分鐘脫氣，得到棉花纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經再生後測定，得率為98.8%。
[0035]實施例6
[0036]將粉碎後的甘蔗渣先用質量濃度為2.5%的NaOH水溶液在90°C下加熱5h (料液比為1:25)，再用3% (質量濃度)硫酸在100°C下加熱4h (料液比為1:25)，水洗至中性後烘乾，得到預處理後的甘蔗渣纖維素樣品；
[0037]將3g甘蔗渣纖維素加入到10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體中，然後通過乳化機，在90°C，1000rpm轉速下循環5次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，採用超聲儀在100W下超聲2分鐘脫氣，得到甘蔗渣纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經再生後測定，得率為99.1%。
【權利要求】
1.一種離子液體溶解纖維素的方法，其特徵在於步驟如下: (1)先後用鹼溶液和酸溶液預處理天然木質纖維，水洗至中性後烘乾； (2)將離子液體與步驟(1)處理後的纖維素進行混合，加入到乳化機中進行剪切，使纖維素完全溶解在離子液體中； (3)採用超聲處理對混合溶液進行氣泡脫除，得到纖維素/離子液體均相溶液體系。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(1)中用鹼溶液和酸溶液預處理天然木質纖維的具體操作為:將粉碎後的天然木質纖維用質量濃度為I~2.5%的鹼溶液在90~120°C下加熱3~6h，再用質量濃度為I %~3%的酸溶液在90~110°C下加熱2~4h0
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:用鹼溶液處理時，天然木質纖維和鹼溶液的料液比為1:40至1:15。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:用酸溶液處理時，天然木質纖維和酸溶液的料液比為1:40至1:15。
5.根據權利要求2至4任一項所述的方法，其特徵在於:所述鹼溶液為氫氧化鈉的水溶液。
6.根據權利要求2至4任一項所述的方法，其特徵在於:所述酸溶液為硫酸、硝酸或鹽酸的水溶液。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟(2)中，所述纖維素與離子液體的質量比為 0.5:100 至 15:100。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟(2)中，剪切速度為3000~26000rpm，溫度為25~150°C ;剪切次數為I~10次。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽或1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟(3)中，所述超聲處理的功率為50~200W，超聲時間為I~10分鐘。
【文檔編號】C08L1/02GK104177629SQ201410404512
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月15日 優先權日:2014年8月15日
【發明者】魏曉奕, 李積華, 祝曉, 王飛, 崔麗虹, 付調坤 申請人:中國熱帶農業科學院農產品加工研究所