CN106220870A - 一种溶解植物的溶剂及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溶解植物的溶剂及方法。所述溶剂由咪唑类离子液体和极性非质子溶剂混合制得。所述方法为：对植物进行高温碱蒸煮，过滤后去除含半纤维素的滤液，将滤渣水洗至中性得到木质素与纤维素的共混物；将木质素与纤维素的共混物在溶剂中溶解即可。本发明提供的溶剂可以在较低的温度下高效的溶解木材以及农作物废弃物。由于半纤维素的分子量较低、易溶于水，性能较差，对最终产品的力学性能影响较大，所以首先对植物进行高温碱蒸煮除去半纤维素，然后对剩余的木质素与纤维素进行直接溶解。采用该溶剂直接溶解木材以及农作物废弃物等植物资源，无需对植物进行三素分离，就可以直接利用生物质资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质材料的溶剂，特别涉及一种木材以及农作物废弃物的溶剂。
背景技术
植物中植物是一种可再生、可循环、可降解的生物质材料，每年生长量很大。它的主要组成物质包括纤维素、木质素和半纤维素，都是重要的化工原料，在造纸、纺织、食品、医药、建筑、电工、电子、机械等许多领域都有广泛的应用。但是纤维素、木质素与半纤维素的分子结构与性能相差较大，所以需要对植物进行三素分离，分别提取三种生物质材料再进行后续加工使用。近年来关于有效地提取纤维素、木质素与半纤维素的研究有很多，但是在三素分离过程中存在能耗较大，尤其是耗水量较大，并且在三素分离过程中会产生废液、废气与废渣。如果能研发出一种溶解能够直接溶解纤维素、木质素和半纤维素，那么就不需要复杂的三素分离工艺，而且在很大程度上解决了困扰人类发展的能源匮乏问题，同时为人类社会开拓出一条植物资源利用的新途径。
发明内容
本发明所要解决的问题是现有植物的溶解工艺复杂，能耗大，易产生三废。
为了解决上述问题，本发明提供了一种溶解植物的溶剂，其特征在于，由咪唑类离子液体和极性非质子溶剂混合制得。
优选地，所述咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM]Ac)或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([EMIM][DEP])。
优选地，所述非质子溶剂为二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
优选地，所述咪唑类离子液体与非质子溶剂的质量比为20∶80-40∶60。
本发明还提供了一种溶解植物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：对植物进行高温碱蒸煮，过滤后去除含半纤维素的滤液，将滤渣水洗至中性得到木质素与纤维素的共混物；
步骤2)：将木质素与纤维素的共混物在权利要求1-4任意一项所述的溶解植物的溶剂中溶解即可。
优选地，所述步骤1)中的植物为木材或农作物废弃物。
更优选地，所述木材为松木、杉木、杨木或桦木；所述农作物废弃物为秸秆或玉米芯。
优选地，所述步骤1)中碱蒸煮采用的碱液为NaOH水溶液，其浓度为50-200g/L。
优选地，所述步骤1)中蒸煮的温度为50-100℃，蒸煮时间为0.5-2h。
优选地，所述步骤2)中溶解的温度为60-100℃，溶解时间为0.5-1.5h。
本发明提供的溶剂可以在较低的温度下高效的溶解木材以及农作物废弃物。由于半纤维素的分子量较低、易溶于水，性能较差，对最终产品的力学性能影响较大，所以首先对植物进行高温碱蒸煮除去半纤维素，然后对剩余的木质素与纤维素进行直接溶解。
采用该溶剂直接溶解木材以及农作物废弃物等植物资源，无需对植物进行三素分离，就可以直接利用生物质资源，避免因三素分离产生的环境污染、溶剂回收困难、成本高、能耗大等问题，也可以扩大生物质资源在高端产品领域的应用。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
一种溶解植物的方法：
1)对松木进行高温碱蒸煮，蒸煮温度为50℃，蒸煮时间为0.5h，NaOH水溶液浓度为200g/L。过滤后将滤渣水洗至中性得到木质素与纤维素；
2)配置[EMIM]Ac/DMSO质量比为20∶80的复合溶剂，将木质素与纤维素混合物在60℃溶于该复合溶剂溶解1h，得到浓度为15％的透明溶液。
实施例2
一种溶解植物的方法：
1)对杉木进行高温碱蒸煮，蒸煮温度为100℃，蒸煮时间为2h，NaOH水溶液浓度为50g/L。过滤后将滤渣水洗至中性得到木质素与纤维素；
2)配置rEMIM]Ac/DMAc质量比为30∶70的复合溶剂，将木质素与纤维素混合物在100℃溶于该复合溶剂溶解0.5h，得到浓度为13％的透明溶液。
实施例3
一种溶解植物的方法：
1)对杨木进行高温碱蒸煮，蒸煮温度为80℃，蒸煮时间为1.5h，NaOH水溶液浓度为100g/L。过滤后将滤渣水洗至中性得到木质素与纤维素；
2)配置[EMIM][DEP]/DMF质量比为30∶70的复合溶剂，将木质素与纤维素混合物在80℃溶于该复合溶剂溶解1.5h，得到浓度为12％的透明溶液。
实施例4
一种溶解植物的方法：
1)对桦木进行高温碱蒸煮，蒸煮温度为75℃，蒸煮时间为2h，NaOH水溶液浓度为150g/L。过滤后将滤渣水洗至中性得到木质素与纤维素；
2)配置[EMIM][DEP]/NMP质量比为25∶75的复合溶剂，将木质素与纤维素混合物在70℃溶于该复合溶剂溶解1h，得到浓度为14％的透明溶液。
实施例5
一种溶解植物的方法：
1)对秸秆进行高温碱蒸煮，蒸煮温度为100℃，蒸煮时间为2h，NaOH水溶液浓度为200g/L。过滤后将滤渣水洗至中性得到木质素与纤维素；
2)配置[EMIM][DEP]/DMSO质量比为25∶75的复合溶剂，将木质素与纤维素混合物在90℃溶于该复合溶剂溶解1.5h，得到浓度为16％的透明溶液。
实施例6
一种溶解植物的方法：
1)对玉米芯进行高温碱蒸煮，蒸煮温度为65℃，蒸煮时间为1.5h，NaOH水溶液浓度为180g/L。过滤后将滤渣水洗至中性得到木质素与纤维素；
2)配置[EMIM]Ac/DMAc质量比为35∶65的复合溶剂，将木质素与纤维素混合物在85℃溶于该复合溶剂溶解1h，得到浓度为18％的透明溶液。
Claims (10)
1.一种溶解植物的溶剂，其特征在于，由咪唑类离子液体和极性非质子溶剂混合制得。
2.如权利要求1所述的溶解植物的溶剂，其特征在于，所述咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐。
3.如权利要求1所述的溶解植物的溶剂，其特征在于，所述非质子溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
4.如权利要求1-3任意一项所述的溶解植物的溶剂，其特征在于，所述咪唑类离子液体与非质子溶剂的质量比为20∶80-40∶60。
5.一种溶解植物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：对植物进行高温碱蒸煮，过滤后去除含半纤维素的滤液，将滤渣水洗至中性得到木质素与纤维素的共混物；
步骤2)：将木质素与纤维素的共混物在权利要求1-4任意一项所述的溶解植物的溶剂中溶解即可。
6.如权利要求5所述的溶解植物的方法，其特征在于，所述步骤1)中的植物为木材或农作物废弃物。
7.如权利要求6所述的溶解植物的方法，其特征在于，所述木材为松木、杉木、杨木或桦木；所述农作物废弃物为秸秆或玉米芯。
8.如权利要求5所述的溶解植物的方法，其特征在于，所述步骤1)中碱蒸煮采用的碱液为NaOH水溶液，其浓度为50-200g/L。
9.如权利要求5或8所述的溶解植物的方法，其特征在于，所述步骤1)中蒸煮的温度为50-100℃，蒸煮时间为0.5-2h。
10.如权利要求5所述的溶解植物的方法，其特征在于，所述步骤2)中溶解的温度为60-100℃，溶解时间为0.5-1.5h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161214 |