一种基于DES的双相体系预处理桉木分级木质素并联产糠醛的方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种基于DES的双相体系预处理桉木分级木质素并联产糠醛的方法；所述方法包括以下步骤：(1)原料的前处理：粉碎、脱蜡、干燥；(2)DES的制备：氢键受体与氢键供体混合加热搅拌至均一透明；(3)双相体系预处理分级木质素和联产糠醛：

【技术实现步骤摘要】
一种基于DES的双相体系预处理桉木分级木质素并联产糠醛的方法


[0001]本专利技术属于木质纤维素生物质利用
，具体涉及一种基于DES的双相体系预处理桉木分级木质素并联产糠醛的方法。

技术介绍

[0002]目前，化石能源的大量开采及使用所带来的气候与生态问题日益严峻，严重制约了当前社会经济的可持续发展。由于对全球能源消费需求、自然资源和储量枯竭以及环境退化的担忧，生物质资源的开发与利用越来越受到重视。利用可再生的木质纤维素生物质转化制备各种燃料、高值化学品和材料，是应对当前资源和能源危机的有效途径。木质纤维素生物质中纤维素含量仅占木质纤维素总量的40％,还有约30％的半纤维素和20％的木质素,如果仅仅强调纤维素的利用而将约占总量一半的半纤维素和木质素作为废弃物抛弃则很难实现木质纤维素的充分利用,从而使整体转化成本居高不下。半纤维素是由以木糖为主的五碳糖和少数六碳糖组成的杂多糖,含量仅次于纤维素,木糖是自然界中仅次于葡萄糖的糖分,具有重要的利用价值,如脱水生成糠醛等。木质素的组成较复杂,其基本结构单元为苯丙烷,含有大量酚羟基、羰基、醇羟基等活性官能团，可加工成有价值的燃料、功能材料和芳香族化合物等。但木质纤维素结构的复杂性，为木质素的高效分离提取以及半纤维素的转化利用带来了严峻挑战。因此，建立起一套系统的行之有效的集成技术以实现木质纤维原料的分级分离、多元转化是实现木质纤维素原料生物化工产业化的关键因素之一。
[0003]常用的木质素分级分离的方法主要包括有机溶剂分级、梯度酸析分级、膜分级和乙醇溶解分级。膜分级能够有效的控制木质素的分子量，但超滤膜技术成本昂贵；梯度酸析技术对木质素进行不同分子量的选择性沉淀是一种常用的分级方法，此分析方法能够获得具有分散性低、热稳定性强的木质素，但调控pH操作比较困难，而且调节pH的酸性溶液对设备具有一定的腐蚀性，在实际应用中存在一定的困难；乙醇溶解分级具有乙醇回收导致成本增加等局限性；有机溶剂分级是木质素分级领域研究较为广泛的一种方法，它是指首先将木质素溶解于特定的有机溶剂溶液中，后逐步加入木质素的反溶剂(一般是水)，使溶液中溶解的木质素逐步分离出来的方法。有机溶剂分级法一般采用醇、丙酮、二甲基四氢呋喃(2
‑
MTHF)、乙酸、γ
‑
戊内酯(GVL)等溶液作为木质素的溶剂，但大部分有机溶剂复杂且昂贵，所以需合理选择有机溶剂。
[0004]近年来，陆续有学者研究低共熔溶剂(DES)对木质素纤维素处理来分离提取木质素。低共熔溶剂因具有低熔点、低毒性、可再生、易制备和高稳定性等众多优点，使其成为分离木质素的更绿色溶剂。在公开号为CN110540508B的中国专利中，以杨木为原料，低共熔溶剂(乳酸胆碱/乳酸)与木粉混合在140℃下反应12小时得到混合物，混合物抽滤得到的滤液加入去离子水沉淀木质素，木质素提取率为90.12％。在公开号为CN110527111A的中国专利中，采用乳酸/氯化锌体系在110℃的温度下处理丹红杨3小时，随后向体系中加入乙醇稀释反应液，经固液分离所得液体除去乙醇，再加入去离子水得到木质素，得率为73.3％。但现
有低共熔溶剂预处理技术至少存在分离时间长，木质纤维素组分利用不充分，木质素类型单一等不足。
[0005]鉴于以上分析,仍需开发一种经济有效的溶剂体系，既能实现木质素分级分离，又能提高木质纤维素的组分利用率，将对木质纤维素原料的工业化生产大有裨益。

技术实现思路

[0006]鉴于当前木质纤维素利用过程中存在的问题，即木质素组分分离时间长、木质纤维素组分利用不充分、木质素类型单一等不足，提出了一种基于DES的双相体系预处理桉木分级木质素并联产糠醛的方法。具体来说，本专利技术依据木质素在不同溶剂中溶解度的差异,利用常见且廉价的有机溶剂(2
‑
MTHF)与DES(氯化胆碱/乳酸)组合成双相体系对木质纤维素原料巨尾桉进行预处理，获得了不同级分的木质素(有机溶剂木质素、DES木质素)的同时,还将半纤维素转化为糠醛。该双相体系在常压下即可处理木质纤维素生物质原料，高效地对生物质组分进行分级分离与转化，同时达到了降低能耗和成本的目的，该技术具有可行性与经济性。
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一种基于DES的双相体系预处理桉木分级木质素并联产糠醛的方法，包括以下步骤：
[0009](1)将木质纤维素原料粉碎，经苯醇溶液(甲苯/乙醇，2/1，v/v)抽提脱蜡、烘干处理，备用；
[0010](2)将氢键受体与氢键供体按照第一摩尔比混合，在60℃下加热搅拌90min，得到均一透明的DES；
[0011](3)将步骤(1)中得到的木质纤维素原料、步骤(2)中得到的DES与有机溶剂按照第一固液比共混并加入反应釜中，添加一定浓度的催化剂，在目标温度下反应至所需时间得到混合体系；
[0012](4)反应完成后，将反应釜冷水浴降至室温；
[0013](5)将步骤(3)得到的混合体系进行分离，得到低共熔反应混合物和有机萃取相，有机萃取相经孔径0.2μm的一次性针头过滤器过滤后，采用高效液相色谱仪检测并计算糠醛含量；
[0014](6)将步骤(5)得到的低共熔反应混合物用丙酮/水溶液(1/1，v/v)洗涤并离心多次，得到含DES木质素的洗脱液；
[0015](7)将步骤(5)得到的有机萃取相与步骤(6)得到的洗脱液旋蒸后，经pH＝2的酸水沉淀、离心、冷冻干燥分别得到有机溶剂木质素(O
‑
L)和DES木质素(D
‑
L)。
[0016]以上技术方案达到的技术效果是：
[0017]A.DES对木质素有良好的溶解性能，尤其是酸性的DES，它能够破坏木质纤维素原料中的氢键，断裂木质素
‑
碳水化合物复合体结构，从而有效解离出木质素。
[0018]B.DES与有机溶剂构成的双相体系可以对木质素进行分级分离并将半纤维素转化为糠醛，提高了木质纤维素原料的组分利用率。
[0019]C.以基于DES的双相体系提取木质纤维素原料中的木质素，工艺操作简单，反应时间短，同时得到纯度高且均一性好的不同级分的木质素。
[0020]为实现以上目的，本专利技术还可通过以下技术措施进一步实现：
[0021]优选地，步骤(1)所述的原料为巨尾桉，粉碎至细度为20～100目的粉末。
[0022]优选地，步骤(2)所述的氢键受体为氯化胆碱，氢键供体为乳酸，第一摩尔比为1:2。优选地，步骤(3)所述的有机溶剂为2
‑
MTHF，第一固液比为1:5:10(g:g:mL)。
[0023]优选地，步骤(3)所述的一定浓度的催化剂为硫酸铝0.2mol/L和硫酸0.075mol/L。
[0024]优选地，步骤(3)所述的目标温度为130～170℃，所需时间为30～90min。
[0025]有益效果：
[0026]本专利技术与现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DES的双相体系预处理桉木分级木质素并联产糠醛的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将木质纤维素原料粉碎，经苯醇溶液(甲苯/乙醇，2/1，v/v)抽提脱蜡、烘干处理，备用；(2)将氢键受体与氢键供体按照第一摩尔比混合，在60℃下加热搅拌90min，得到均一透明的低共熔溶剂(DES)；(3)将步骤(1)中得到的木质纤维素原料、步骤(2)中得到的DES与有机溶剂按照第一固液比共混并加入反应釜中，添加一定浓度的催化剂，在目标温度下反应至所需时间得到混合体系；(4)反应完成后，将反应釜冷水浴降至室温；(5)将步骤(3)得到的混合体系进行分离得到低共熔反应混合物和有机萃取相，有机萃取相经孔径0.2μm的一次性针头过滤器过滤后，采用高效液相色谱仪检测并计算糠醛含量；(6)将步骤(5)得到的低共熔反应混合物用丙酮/水溶液(1/1，v/v)洗涤并离心多次，得到含DES木质素的洗脱液；(7)步骤(5)得到的有机萃取相与步骤(6)得到的洗脱液旋蒸后，经pH＝2的酸水沉淀...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙少妮，孙丽丽，孙少超，曹学飞，袁同琦，文甲龙，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：