一种从生物质中提取富纤维素材料的方法与流程

本发明属于生物质综合利用领域，特别涉及一种利用复合离子液体体系对生物质进行处理提取富纤维素材料的方法。

背景技术：

1、中国长期以农业发展为主，秸秆资源丰富，年均产量约为9亿吨。但是秸秆的利用率较低，当前大量秸秆被置于田间堆砌或集中焚烧，不仅严重污染环境，而且造成资源浪费。因此，提高秸秆资源综合利用率，对改善环境质量和促进经济社会绿色发展有着重要的作用。

2、纤维素是自然界中最丰富的可再生资源，其具有来源范围广、绿色环保和可降解等优点，已被广泛应用于造纸、纺织、化工和涂料等工业领域。随着石油、煤炭等化石资源的日益短缺以及利用化石资源过程中产生的污染问题的增加，将纤维素转化为高附加值化学品的意义重大。

3、玉米秸秆主要由纤维素、木质素和半纤维素构成，纤维素以结晶结构形成基本骨架，木质素和半纤维素以无定形态嵌入其中。天然纤维素较高的结晶度和分子间与分子内存在的大量氢键，使其不溶于水及一般有机溶剂，这已成为开发利用纤维素的最大障碍。因此，在提取玉米秸秆纤维素时，去除木质素和半纤维素，研究新型纤维素溶解体系，成为学术界与工业界一直以来的关注重点。

4、离子液体是一种新型高效绿色溶剂，具有热稳定性好、可设计结构和重复使用等优点。离子液体的出现为人们可持续地开发与利用生物质资源提供了新的思路，对解决能源危机和环境污染问题具有重要意义。

5、研究人员试图以离子液体体系从生物质中提取纤维素材料。i. semerci等以[hbim][hso4] -水体系以66.67%的产率从棉秆中提取出纯度为40.30%的富纤维素材料(industrial crops and products，125 (2018)，588-595)；f.j.v. gschwend等以[tea][hso4]-水体系以71.73%的产率从巨芒草中提取出纯度为49.30的富纤维素材料(greenchemistry, 20(15) (2018), 3486-3498)；v. rigual等以[mim][cl]，[ohetam][oac]，[ch][ser]体系以51.20%-77.59%的产率从松木和桉木中提取出纯度为52.79%-59.07%的富纤维素材料(acs sustainable chemistry & engineering, 8(3) (2020), 1362-1370)；e. liu等以[ch][lys]-水体系以62.62%的产率从柳枝稷中提取出纯度为49.10%的富纤维素材料(acs sustainable chem. eng. 2018, 6, 5, 6612–6623)。但是，目前的离子液体体系提取富纤维素材料的能力较弱，这是由于目前的离子液体体系对三素的溶解选择性较低造成的。

6、此外，离子液体成本较高限制了其应用。以二甲基亚砜（dmso）等有机溶剂添加到离子液体中构成复合体系溶解生物质可以减少离子液体用量，但是会降低提取纤维素材料的效率，且dmso有一定的挥发性（508pa，25℃），容易污染环境。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种以复合离子液体体系从生物质中提取纤维素的方法，以成本较低的dbu加入至离子液体体系中，可以提高生物质中纤维素的提取效率，并减少离子液体用量以降低成本。

2、本发明的技术目的通过以下技术方案实现：

3、一种从生物质中提取富纤维素材料的方法，以由1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯（dbu）和离子液体组成的混合液体与生物质原料接触，使生物质中的半纤维素和木质素充分溶解，固液分离得到液相和固相，所述固相为富纤维素材料。

4、进一步的，离子液体的阳离子选自烷基季铵离子[nrxh4-x]+、烷基季磷离子[prxh4-x]+、烷基取代的咪唑离子和n-烷基取代的吡啶离子中的至少一种，离子液体的阴离子选自四氟硼酸根离子、亚磷酸根离子和卤素离子中的至少一种。

5、进一步的，所述离子液体为[emim][bf4]。

6、进一步的，dbu和离子液体的混合液体中，以重量计，dbu占1%-20%，优选为1%-17%。

7、进一步的，生物质加入量是混合液体重量的1%-20%，优选为1%-5%。

8、进一步的，使生物质中的半纤维素和木质素充分溶解的温度为90-150℃，时间为1-6h。

9、进一步的，所述生物质为富含纤维素的植物，例如玉米秸秆、木糖醇渣、甘蔗渣等。生物质原料在进行提取纤维素前，先经破碎处理成不大于80目的粉末，优选不大于120目。

10、进一步的，所述固液分离是采用离心或真空抽滤的方法。

11、进一步的，固液分离后还包括对所述固相进行洗涤的过程，所述洗涤是以水洗涤2-5次。

12、进一步的，还包括对所述富纤维素材料进行干燥的过程，采用烘干或冻干的方式。

13、本发明的技术方案具有以下有益效果：

14、本发明以成本较离子液体低（100-260元/kg）的dbu和离子液体构成的二元体系对生物至进行处理提取富纤维素材料，可以在提高富纤维素材料提取效率的前提下减少离子液体用量，降低了成本。本发明的方法获得的纤维素收率达到75%以上，优选的方案下可达90%以上，其中富纤维素材料中纤维素的纯度为60-70%，具有较高的收率和纯度。另本发明使用的离子液体复合体系蒸汽压低，对环境友好。

15、本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种从生物质中提取富纤维素材料的方法，其特征在于，以由1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯和离子液体组成的混合液体与生物质原料接触，使生物质中的半纤维素和木质素充分溶解，固液分离得到液相和固相，所述固相为富纤维素材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离子液体的阳离子选自烷基季铵离子[nrxh4-x]+、烷基季磷离子[prxh4-x]+、烷基取代的咪唑离子和n-烷基取代的吡啶离子中的至少一种，离子液体的阴离子选自四氟硼酸根离子、亚磷酸根离子和卤素离子中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述离子液体为[emim][bf4]。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，dbu和离子液体的混合液体中，以重量计，dbu占1%-20%。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生物质加入量是混合液体重量的1%-20%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使生物质中的半纤维素和木质素充分溶解的温度为90-150℃，时间为1-6h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生物质原料在进行提取纤维素前，先经破碎处理成不大于80目的粉末。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固液分离是采用离心或真空抽滤的方法。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，固液分离后还包括对所述固相进行洗涤的过程。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对所述富纤维素材料进行干燥的过程，采用烘干或冻干的方式。

技术总结一种从生物质中提取富纤维素材料的方法，以由1,8‑二氮杂双环[5.4.0]十一碳‑7‑烯和离子液体组成的混合液体与生物质原料接触，使生物质中的半纤维素和木质素充分溶解，固液分离得到液相和固相，所述固相为富纤维素材料。本发明以成本较离子液体低（100‑260元/kg）的DBU和离子液体构成的二元体系对生物至进行处理提取富纤维素材料，可以在提高富纤维素材料提取效率的前提下减少离子液体用量，降低了成本。本发明的方法获得的纤维素收率达到75%以上，优选的方案下可达90%以上，其中富纤维素材料中纤维素的纯度为60‑70%，具有较高的收率和纯度。另本发明使用的离子液体复合体系蒸汽压低，对环境友好。技术研发人员：白富栋,杨继明,郭凯,王姝琳,白毓黎受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/10