CN101182686A - 一种离子液体中纤维素的消晶方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子液体中纤维素的消晶方法，包括下述步骤：首先将结晶纤维素干燥得到绝干纤维素；然后将绝干纤维素加入离子液体中，搅拌下溶解得到纤维素的离子液体溶液；最后将纤维素的离子液体溶液加入有机溶剂或水中进行纤维素的再生后过滤取沉淀物，将沉淀物洗净后干燥得到无定形纤维素。本发明采用的纤维素消晶方法操作简便，无污染，噪音低，时间短，效果好。本发明适用于结晶纤维素的消晶处理。
Description
技术领域
本发明属于纤维素领域，特别涉及一种离子液体中纤维素的消晶方法。
背景技术
纤维素是自然界中最丰富的可再生资源，在植物界中纤维素的总量约达2.6×1012t。据估计，全世界每年通过光合作用新生成的纤维素约有1.0×1011t。目前，纤维素材料已经在纤维、造纸、薄膜、聚合物、涂料等工业领域得到广泛应用。然而，其应用潜力还没有完全被开发出来，每年仅有2.0×106t纤维素用于再生纤维素纤维的生产，占纤维素年生成量的0.002％。近年来，随着石油、煤炭等不可再生的化石资源总量的日趋减少，纤维素资源的重要性日益显著。特别是80年代以来，各国对环境污染问题日益关注和重视，迫使人们把注意力重新集中到纤维素这一具有生物可降解性、环境协调性的可再生资源上来。许多国家特别是发达国家已将纤维素等可再生资源的转化利用列为经济和社会发展的重大战略。
从化学结构上看，纤维素是由D-吡喃式葡萄糖基通过β-1，4糖苷键相互连接起来的线型高聚物，其分子中的每个葡萄糖单元上均含有3个游离醇羟基，使纤维素分子间以及分子内具有极强的氢键作用。因此，一方面纤维素具有结晶度高、物化性能稳定、玻璃化转变温度较高的特性；另一方面，极强的氢键也使纤维素不溶于通常的溶剂，进而难以被直接利用，这已成为纤维素资源转化利用的最大障碍。
纤维素结晶结构导致其在转化利用过程中存在一系列问题，如化学反应速度慢、反应不均一、水解缓慢等等，传统上，对纤维素的利用总是通过物理、化学、生物等办法将其改性后再加以利用，改性的主要目的是降低纤维素的结晶度，破坏纤维素的结晶结构，使纤维素转变为无定形纤维素，此过程称为纤维素的消晶。纤维素无定形区含量越高，水和化学品的可及性越高，纤维素越容易发生反应，纤维素的转化利用越容易进行，转化率越高。目前常用的纤维素消晶处理方法有机械球磨、超声波处理、射线辐射等，其中机械球磨是最主要的消晶处理方法，它是通过长时间的研磨作用破坏纤维素的结晶结构，从而提高无定形区纤维素的含量。但是该方法不仅占地面积大、噪音高、时间长、成本高，而且效果差，通过机械研磨3～5天后，结晶纤维素仍具有较高的结晶度，难以完全转化为无定形纤维素。超声波处理和射线辐射等消晶方法也具有不易操作、效果差、能耗高、噪音或射线危害等缺点。
因此，探讨一种有效的纤维素消晶处理方法对于绿色可再生纤维素资源的转化利用具有非常重要的理论和实践意义，对于纤维素工业新材料的制备以及以纤维素为原料制备生物乙醇具有积极的推动作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种离子液体中纤维素的消晶方法，该方法可有效的将结晶纤维素转变为无定形纤维素。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种离子液体中纤维素的消晶方法，其特征在于具体包括下述步骤：
(1)将结晶纤维素干燥为绝干纤维素；
(2)以离子液体为溶剂，在40～120℃、绝干纤维素与离子液体的质量百分比为0.2％～10％的条件下将绝干纤维素加入离子液体中，搅拌下溶解1～76小时得到纤维素的离子液体溶液；
(3)将纤维素的离子液体溶液加入有机溶剂或水中进行纤维素的再生，所加入的有机溶剂或水的体积相当于纤维素的离子液体溶液体积的1～5倍，然后过滤取沉淀物，将沉淀物洗涤干净后干燥即得到无定形纤维素。
所述步骤(1)中结晶纤维素为从木材分离得到的结晶纤维素如桉木纤维素或从农作物秸秆分离得到的结晶纤维素如稻草纤维素、麦草纤维素、蔗渣纤维素等。
所述步骤(2)中离子液体为1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑盐(AmimCl)或1-丁基-3-甲基氯化咪唑盐(C4mimCl)。
所述步骤(3)中有机溶剂为乙醇、丙酮或异丙醇中的一种。
所述步骤(1)和(3)中干燥优选在50～60℃烘箱中保持空气循环干燥10～16小时。
本发明中纤维素的再生为将纤维素的离子液体溶液加入过量的有机溶剂或水中使溶解的纤维素再次沉淀出来。
本发明与现有技术相比具有如下突出的优点及有益效果：
1.本发明采用的纤维素消晶方法基于在特定条件下的离子液体中处理绝干纤维素，处理后的纤维素离子液体溶液在特定溶剂中进行再生，经洗涤、干燥后得到的纤维素即为无定形纤维素；
2.本发明采用的纤维素消晶方法操作简便，无污染，噪音低，时间短，效果好；
3.本发明以纤维素为原料，对纤维素可再生绿色资源的开发利用提供了技术支持。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将蔗渣纤维素置于50℃烘箱中保持空气循环干燥16h，得到绝干纤维素，蔗渣结晶度43.7％；
(2)以离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑盐(AmimCl)为溶剂，在40℃、绝干蔗渣纤维素与AmimCl的质量百分比为0.8％的条件下将蔗渣纤维素加入AmimCl中，在隔绝潮气并搅拌的条件下溶解76小时得到蔗渣纤维素的AmimCl溶液。
(3)将蔗渣纤维素的AmimCl溶液加入2倍体积(相对于蔗渣纤维素的AmimCl溶液)的异丙醇中进行纤维素的再生，然后过滤取沉淀物，将沉淀物洗涤干净后置于50℃烘箱中保持空气循环干燥16h，得到无定形蔗渣纤维素。
实施例2
(1)将桉木纤维素置于60℃烘箱中保持空气循环干燥12h，得到绝干纤维素，桉木纤维素的结晶度为52.3％；
(2)以离子液体1-丁基-3-甲基氯化咪唑盐(C4mimCl)为溶剂，在100℃、绝干桉木纤维素与C4mimCl的质量百分比为1.5％的条件下将桉木纤维素加入C4mimCl中，在隔绝潮气并搅拌的条件下溶解20h得到桉木纤维素的C4mimCl溶液；
(3)将桉木纤维素的C4mimCl溶液加入3倍体积(相对于桉木纤维素的C4mimCl溶液)的水中进行纤维素的再生，然后过滤取沉淀物，将沉淀物洗涤干净后置于60℃烘箱中保持空气循环干燥12h，得到无定形桉木纤维素。
实施例3
(1)将麦草纤维素置于55℃烘箱中保持空气循环干燥14h，得到绝干纤维素，麦草纤维素的结晶度为41.2％；
(2)以离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑盐(AmimCl)为溶剂，在90℃、绝干麦草纤维素与AmimCl的质量百分比为0.2％的条件下将绝干纤维素加入AmimCl中，在隔绝潮气并搅拌的条件下溶解1h得到麦草纤维素的AmimCl溶液；
(3)将麦草纤维素的AmimCl溶液加入1倍体积(相对于麦草纤维素的AmimCl溶液)的乙醇中进行纤维素的再生，然后过滤取沉淀物，将沉淀物洗涤干净后置于55℃烘箱中保持空气循环干燥14h，得到无定形麦草纤维素。
实施例4
(1)将稻草纤维素置于60℃烘箱中保持空气循环干燥10h，得到绝干纤维素，稻草纤维素的结晶度为45.4％；
(2)以离子液体1-丁基-3-甲基氯化咪唑盐(C4mimCl)为溶剂，在120℃、绝干稻草纤维素与C4mimCl的质量百分比为2.5％的条件下将绝干纤维素加入C4mimCl中，在隔绝潮气并搅拌的条件下溶解24h得到稻草纤维素的C4mimCl溶液；
(3)将稻草纤维素的C4mimCl溶液加入5倍体积(相对于稻草纤维素的C4mimCl溶液)的丙酮中进行纤维素的再生，然后过滤取沉淀物，将淀物洗涤干净后置于60℃烘箱中保持空气循环干燥10h，得到无定形稻草纤维素。
实施例5
(1)将蔗渣纤维素置于55℃烘箱中保持空气循环干燥15h，得到绝干纤维素，蔗渣纤维素的结晶度为44.8％；
(2)以离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑盐(AmimCl)为溶剂，在80℃、绝干蔗渣纤维素与AmimCl的质量百分比为10％的条件下将绝干纤维素加入AmimCl中，隔绝潮气并搅拌的条件下溶解20h得到蔗渣纤维素的AmimCl溶液；
(3)将蔗渣纤维素的AmimCl溶液加入2倍体积(相对于蔗渣纤维素的AmimCl溶液体积)的异丙醇中进行纤维素的再生，然后过滤取沉淀物，将沉淀物洗涤干净后置于55℃烘箱中保持空气循环干燥15h，得到无定形蔗渣纤维素。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种离子液体中纤维素的消晶方法，其特征在于具体包括下述步骤：
(1)将结晶纤维素干燥为绝干纤维素；
(2)以离子液体为溶剂，在40～120℃、绝干纤维素与离子液体的质量百分比为0.2％～10％的条件下将绝干纤维素加入离子液体中，搅拌下溶解1～76小时得到纤维素的离子液体溶液；
(3)将纤维素的离子液体溶液加入有机溶剂或水中进行纤维素的再生，所加入的有机溶剂或水的体积相当于纤维素的离子液体溶液体积的1～5倍，然后过滤取沉淀物，将沉淀物洗涤干净后干燥即得到无定形纤维素。
2.根据权利要求1所述的离子液体中纤维素的消晶方法，其特征在于：所述步骤(1)中结晶纤维素为从木材或农作物秸秆分离得到的结晶纤维素。
3.根据权利要求1所述的离子液体中纤维素的消晶方法，其特征在于：所述步骤(1)中结晶纤维素为桉木纤维素、稻草纤维素、麦草纤维素或蔗渣纤维素。
4.根据权利要求1所述的离子液体中纤维素的消晶方法，其特征在于：所述步骤(2)中离子液体为1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑盐或1-丁基-3-甲基氯化咪唑盐。
5.根据权利要求1所述的离子液体中纤维素的消晶方法，其特征在于：所述步骤(3)中有机溶剂为乙醇、丙酮或异丙醇中的一种。
6.根据权利要求1所述的离子液体中纤维素的消晶方法，其特征在于：所述步骤(1)和(3)中的干燥为在50～60℃烘箱中保持空气循环干燥10～16小时。
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