CN111171343A - 一种基于汽爆木质素的乳液制备方法 - Google Patents

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Abstract

木质素是木质纤维素重要组分之一，是自然界中含量最丰富的芳香类化合物资源。然而其因纯度低、分散度高等问题而多用于燃烧。这种利用方式不仅浪费资源还在一定程度上造成环境污染。因此，开发木质素提取新工艺并拓宽其应用范围对生物质资源的利用具有重要意义。本发明公开了一种基于汽爆木质素的乳液制备方法。以汽爆处理为核心，采用稀碱液溶解后酸沉，获得的汽爆木质素与丙烯酰胺接枝共聚制备汽爆木质素‑聚丙烯酰胺接枝共聚物。该接枝共聚物与环己烷等油相混合制备颗粒均匀的乳液。待溶剂挥发后，可获得孔隙均匀的多孔介质。该汽爆木质素的乳液制备主要有两个优点：(1)以蒸汽为介质处理原料，采用稀碱液提取，经济环保.(2)制备了接枝共聚物并应用于乳液的制备，拓宽了木质素的利用途径。

Description

一种基于汽爆木质素的乳液制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于汽爆木质素的乳液制备的方法，属于生物化工领域。
背景技术
能源危机、环境污染等问题驱动全球化木质纤维素原料生物炼制研究。当前，木质纤维炼制中组分利用单一导致其在工业化生产中的具有不经济性，木质素是木质纤维素中仅次于纤维素的高聚物，790亿升的二代燃料生产将产生6200万吨的木质素，开发基于木质素的产品链将对木质纤维素生物质资源的利用整体经济性具有极大的促进作用。
目前在木质纤维素炼制体系中木质素的获得主要有两种途径：(i)通过预处理手段使得木质纤维素生物质得到选择性拆分，在其酶解转化前提取木质素；(ii)生物质原料酶解转换后大分子碳水化合物被降解，形成富含木质素的固体残渣。木质素提取方法过程中水热和酸解是两种比较常用的方法，这两种方法是主要通过降解半纤维素组分而得到结构改变的木质素。直接针对木质素组分的提取方法包括碱提法和有机溶剂提取，该工艺主要源自于传统化学制浆工业。以碱法提取为例，碱使得木质素解聚而变成可溶性的木质素，通过调整体系的pH木质素便可以沉淀析出。然而，木质纤维素具有复杂的组分，任何单一组分的利用都不能充分发挥其价值，因此，木质纤维素原料炼制工艺的选择应充分考虑各组分的利用。此外，木质纤维素本身复杂的理化结构形成了木质素提取及多糖酶解转化的屏障，打破这种屏障对木质纤维素的高效利用具有重要意义。
低压无污染汽爆技术是陈洪章研究员开发的高效的生物质预处理技术，其因节能清洁，环境友好的特点备受工业学术界和工业关注。基于此平台，本研究提出基于汽爆预处理的木质素提取和利用新工艺。汽爆使得木质素分子量降低，酚羟基、羰基等活性基团增加，通过分级分离后可得到高纯度，高活性，分子量均一的汽爆木质素。此外，汽爆在一定程度上破坏了木质纤维素的抗降解屏障。其打破原料致密的结构，部分降解半纤维素暴露出更多的纤维素活酶解性位点，因而有利于其后续酶解转化。其次，因此，基于汽爆处理的木质纤维素提取和利用工艺在整个生物质资源利用中具有重要意义。
Pickering乳液是指采用胶体粒子取代传统表面活性剂稳定的乳液，减少泡沫产生。其弥补了传统乳液具有毒性、稳定性差、乳化剂难以分离等缺点与不足。在Pickering乳液的基础上，通过乳液模板法可制备多孔材料，微胶囊等超结构多功能性材料。本发明采用木质素-聚丙烯酰胺接枝共聚物作为胶体粒子，以环己烷为油相，制备O/W型Pickering乳液。
发明内容
本发明目的在于采用新方法提取木质纤维中的木质素并拓宽其利用途径。木质素的利用必须保持其丰富和活性基团，因此在其提取过程必然要考虑其活性保持。因此，本发明在采用水蒸气为预处理介质，极大程度上保持木质纤维素的活力。然后对其接枝改性，制备汽爆木质素接枝共聚物。然后将其应用于制备高分子乳液和多孔介质。
本发明提出的基于汽爆木质素的乳液制备，主要操作步骤如下：
(1)取木质纤维素原料覆水15-30％；
(2)将覆水后的物料放入汽爆罐中，压力维持在0.3-1.5Mpa，维持1-20min，瞬间释放压力，收集物料，风干备用；
(3)取一定量的物料，加入1％强氧化钠提取后除去固体，液体采用盐酸沉淀并洗涤，获得汽爆木质素。
(4)将汽爆木质素分散于水中，加入丙烯酰胺和过硫酸钾，反应2-10小时，用乙醇或丙酮沉淀反应物，获得介质共聚物。
(5)将接枝共聚物分散于水中，加入油相试剂震荡，静止后分层取乳白色上层，即获得汽爆木质素乳液。
本发明主要优点如下：(1)以蒸汽为介质处理原料，采用稀碱液提取，经济环保.(2)制备了接枝共聚物并应用于乳液的制备，拓宽了木质素的利用途径。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)汽爆玉米秸秆木质素制备：将100g玉米秸秆放入汽爆罐中1.5Mpa维持5min，迅速释放压力，获得汽爆小麦秸秆。将汽爆小麦秸秆以1：10比例与1％NaOH混合121℃维持1h，8层纱布过滤取滤液。滤液采用3M的盐酸沉淀，离心洗涤3次，即得汽爆玉米秸秆木质素。
(1)汽爆玉米秸秆接枝共聚物/环己烷乳液制备：分别将汽爆酸析木质素和木质素磺酸钠与0.1mol/L NaOH溶液加人三口烧瓶中(固液比1:50)，碱使得木质素醚键断裂而形成更多的酚羟基，从而使得木质素得以活化。然后加人定量配比的丙烯酰胺单体(40g/L)，在氮气保护下进一步搅拌使木质素与单体匀化，之后加人一定量的过硫酸钾(5g/L)，继续在氮气保护下进行搅拌反应80℃反应2小时。反应结束以乙醇沉淀分离出合成产物木质素-丙烯酰胺接枝共聚物。由于反应体系呈碱性，未反应的木质素始终溶解于溶剂中，因此分离的沉淀物不含游离木质素。沉淀后的接枝共聚物用乙醇清洗后，加入10ml蒸馏水溶解，从而形成接枝共聚物的均一乳液。
(2)乳液制备：将均一乳液与环己烷以1:4体积混合并振荡。静止分层取白色乳液予以表征。
(3)实验结果分析：制备的汽爆玉米秸秆木质素接枝共聚物红外分析结果表明，汽爆玉米秸秆制备的木质素是典型秸秆类木质素的吸收谱图，其中包括由醇羟基和酚羟基伸缩振动引起的宽峰(3424-3392cm-1)，甲基和亚甲基伸缩振动吸收峰(2940-2870cm-1)，苯环骨架振动吸收峰(1500cm-1)，紫丁香环C-O振动吸收峰(1329cm-1)以及愈创木环C-O振动吸收峰(1270cm-1)。汽爆木质素-聚丙烯酰胺接枝共聚物同时具有木质素和聚丙烯酰胺的结构，包括木质素苯环骨架振动吸收峰(1500cm-1)，酰胺N-H变形振动(1453cm-1)，酰胺NH2对称伸缩(3195cm-1),表明汽爆木质素-聚丙烯酰胺接枝共聚物的形成。枝共聚物同时具有木质素磺酸钠及聚丙烯酰胺的结构，包括磺酸S-O伸缩(881cm-1)，酰胺N-H变形振动(1453cm-1)，酰胺NH2对称伸缩(3195cm-1),表明木质素磺酸钠-聚丙烯酰胺接枝共聚物的形成。电镜结果分析表明汽爆酸析木质素具有更多的孔隙结构，氮吸附结果表明，其具有更高的表面积。
实施例2
(1)汽爆小麦秸秆木质素制备：将100g小麦秸秆放入汽爆罐中1.5Mpa维持5min，迅速释放压力，获得汽爆小麦秸秆。将汽爆小麦秸秆以1：10比例与1％NaOH混合121℃维持1h，8层纱布过滤取滤液。滤液采用3M的盐酸沉淀，离心洗涤3次，即得汽爆小麦秸秆木质素。
(2)汽爆小麦秸秆木质素接枝共聚物/环己烷乳液制备：分别将汽爆酸析木质素和木质素磺酸钠与0.1mol/L NaOH溶液加人三口烧瓶中(固液比1:50)，碱使得木质素醚键断裂而形成更多的酚羟基，从而使得木质素得以活化。然后加入定量配比的丙烯酰胺单体(40g/L)，在氮气保护下进一步搅拌使木质素与单体匀化，之后加人一定量的过硫酸钾(5g/L)，继续在氮气保护下进行搅拌反应80℃反应2小时。反应结束以乙醇沉淀分离出合成产物木质素-丙烯酰胺接枝共聚物。由于反应体系呈碱性，未反应的木质素始终溶解于溶剂中，因此分离的沉淀物不含游离木质素。沉淀后的接枝共聚物用乙醇清洗后，加入10ml蒸馏水溶解，从而形成接枝共聚物的均一乳液。
(3)将均一乳液与环己烷混合以1:4体积混合并振荡。静止分层取白色乳液予以表征。
(4)实验结果分析：显微分析结果表明，在本发明体系下形成了较为均匀的微球乳液。
实施例3
(1)汽爆玉米秸秆木质素制备：将100g玉米秸秆放入汽爆罐中1.5Mpa维持5min，迅速释放压力，获得汽爆小麦秸秆。将汽爆小麦秸秆以1：10比例与1％NaOH混合121℃维持1h，8层纱布过滤取滤液。滤液采用3M的盐酸沉淀，离心洗涤3次，即得汽爆玉米秸秆木质素。
(2)汽爆玉米秸秆木质素接枝共聚物/三氯甲烷乳液制备：分别将汽爆酸析木质素和木质素磺酸钠与0.1mol/L NaOH溶液加人三口烧瓶中(固液比1:50)，碱使得木质素醚键断裂而形成更多的酚羟基，从而使得木质素得以活化。然后加入定量配比的丙烯酰胺单体(40g/L)，在氮气保护下进一步搅拌使木质素与单体匀化，之后加人一定量的过硫酸钾(5g/L)，继续在氮气保护下进行搅拌反应80℃反应2小时。反应结束以乙醇沉淀分离出合成产物木质素-丙烯酰胺接枝共聚物。由于反应体系呈碱性，未反应的木质素始终溶解于溶剂中，因此分离的沉淀物不含游离木质素。沉淀后的接枝共聚物用乙醇清洗后，加入10ml蒸馏水溶解，从而形成接枝共聚物的均一乳液。
(3)乳液制备：将均一乳液与三氯甲烷混合以1:4体积混合并振荡。静止分层取白色乳液予以表征。
(4)实验结果分析：显微分析结果表明，在本发明体系下形成了较为均匀的微球乳液。

Claims (6)

1.一种基于汽爆木质素的乳液制备方法，其特征在于：利用汽爆木质素制备均匀的乳液。
2.根据权利要求1所述的基于汽爆木质素的乳液制备方法，其特征在于：所使用的原材料为玉米秸秆、小麦秸秆、药用植物秸秆、木材等。
3.根据权利要求1，2所述的基于汽爆木质素的乳液制备方法，其特征在于：所使用的原料需要经过蒸汽爆破预处理，蒸汽爆破条件为0.5-2.0Mpa,维持时间为2-30min。
4.根据权利要求1、2、3所述的基于汽爆木质素的乳液制备方法，其特征在于蒸汽爆破处理后的原料经过稀碱液提取和酸析过程制备汽爆木质素，所使用的稀碱为0.5％-5％的氢氧化钠、氢氧化钾。所使用的酸为1-3M的盐酸、硫酸。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的基于汽爆木质素的乳液制备方法，其特征在于汽爆木质素经与丙烯酰胺共聚接枝后制备高分子木质素接枝共聚物，两者的比例为1：10-10：1。
6.根据权利要求1、2、3、4、5所述的基于汽爆木质素的乳液制备方法，其特征在于将步骤4制备的接枝共聚物分散于水中，加入适量的油相，经震荡后静止分层，获得乳白色乳液。所使用的油相包括环己烷，三氯乙烷，肉豆蔻酸异丙酯等。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102050951A (zh) * 2010-11-10 2011-05-11 山东龙力生物科技股份有限公司 一种功能性木质素的清洁生产方法
WO2015089456A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 Solenis Technologies, L.P. Lignin nanoparticle dispersions and methods for producing and using the same
CN108424529A (zh) * 2017-02-15 2018-08-21 广西洋荣科技有限公司 一种从甘蔗渣中分离木质素的方法及其专用设备
CN108774342A (zh) * 2018-04-24 2018-11-09 上海应用技术大学 一种利用纳米纤维素稳定的甜橙油皮克林乳液及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102050951A (zh) * 2010-11-10 2011-05-11 山东龙力生物科技股份有限公司 一种功能性木质素的清洁生产方法
WO2015089456A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 Solenis Technologies, L.P. Lignin nanoparticle dispersions and methods for producing and using the same
CN108424529A (zh) * 2017-02-15 2018-08-21 广西洋荣科技有限公司 一种从甘蔗渣中分离木质素的方法及其专用设备
CN108774342A (zh) * 2018-04-24 2018-11-09 上海应用技术大学 一种利用纳米纤维素稳定的甜橙油皮克林乳液及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KEVIN S. SILMORE,ET.AL: "Tunable Pickering Emulsions with Polymer-Grafted Lignin Nanoparticles (PGLNs)", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》 *

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