一种利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法技术

本发明专利技术公开一种利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法。该方法包括如下步骤：将原料与三元低共熔溶剂混合反应，反应后在室温下冷却，冷却后加入乙醇搅拌，用乙醇清洗，过滤，旋转蒸发，加水，静置，得到不溶于水的木质素沉淀物，洗净，过滤，干燥后得到木质素。本发明专利技术提供一种利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法，相比于二元低共熔溶剂有效的提高了木质素的提取效率，6小时内达到的最大提取效率为80％，得到较高的木质素纯度，最高纯度达到85％，提取过程中低共熔溶剂和乙醇可以回收重复利用，与传统有机、无机酸碱处理相比，减少了预处理成本和环境污染等问题，符合绿色环保发展理念。符合绿色环保发展理念。

【技术实现步骤摘要】
一种利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法


[0001]本专利技术属于生物质资源的高效利用
，具体涉及一种利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法。

技术介绍

[0002]自然界的木质纤维素生物质储量是丰富的，面对化石能源枯竭的情况，寻找绿色环保的可再生资源去解决能源危机已经成为科学界当下的研究重点。木质纤维素资源是一种储量丰富的环保再生能源，使用科学绿色的分离方法将植物生物质资源的组分分离并进行再利用，有利于资源的可持续发展。我国农业种植数量庞大，但农业废弃物(蔗渣和玉米芯等)大量堆叠在土地里或就地进行焚烧，不仅造成严重环境污染问题还造成大量生物质资源的浪费。然而焚烧废弃物不仅会引发火灾事故，还会造成气体污染，影响空气质量。同时焚烧还会造成生态的破坏，不利于生态发展。蔗渣木质纤维素主要含有三种成分：纤维素(35～55％)、半纤维素(17～33％)和木质素(18～26％)。为了实现蔗渣组分的高值化转化，将纤维素经过酶解或改性为乙酰丙酸等高值化学品，半纤维素水解为5
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羟基糠醛等，木质素转化为木素磺酸盐等，实现蔗渣木质纤维素资源高效利用。
[0003]为了单独利用三大组分，要通过一定的预处理方法达到分离组分的目的。目前用于蔗渣组分分离的方法主要是化学法，化学法包括酸法、碱法、有机溶剂法和离子液体法等等，这些方法存在腐蚀性或毒性的缺陷，不利于资源的可持续循环。2003年Abbott教授发现尿素和氯化胆碱加热共混后会变成液体熔融盐，并把混合物命名为低共熔溶剂(DES)。DES主要由氢键供体和氢键受体组成，形成氢键作用去破坏木质纤维素中木质素碳水化合物复合物(LCC)中的连接键。DES具有绿色环保，循环利用、合成简单、药品价格低等优势，而甘油作为常用的增稠剂也是属于绿色溶剂。现阶段开发的新型分离技术虽然解决了现有技术存在的部分问题，但依然存在诸多缺点，如分离纯度低，得率低，工艺流程复杂，所用试剂合成条件苛刻，成本高昂，稳定性较差，易造成环境危害，难以实现有效回收等。
[0004]一种原位合成深度低共熔溶剂分离提取木质素的方法公开了本专利技术公开了一种原位合成深度低共熔溶剂分离提取木质素的方法,将木质纤维素原料与氢键供体混合加热至60～140℃处理获得预处理体系,向预处理体系中添加氢键受体加热至30～50℃并超声处理获得含深度低共融溶剂混合体系,将含深度低共融溶剂混合体系加热至60～140℃处理获得混合液，将混合液中的固体分离获得木质素。但是存在使用反应条件复杂、药品量大、反应温度高和反应时间长的不足，在长时间的预处理条件下获得较高的木质素提取率和纯度。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有提取木质素的提取率和纯度的缺陷和不足，目的在于提供一种利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法。
[0006]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法，包括如下步骤：
[0008]S1.将原料与三元低共熔溶剂混合反应，反应温度为80～130℃，反应时间4～8h，反应完成后冷却，得到反应产物；
[0009]S2.向S1中的反应产物加入乙醇搅拌，用乙醇清洗，过滤，浓缩滤液得到浓缩液，加水静置，得到含有木质素的沉淀物，洗净干燥即得到木质素。
[0010]其中所述三元低共熔溶剂为氯化胆碱、甘油和草酸二水合物的混合溶剂。
[0011]提取率及木质素纯度主要跟DES的选择存在关系，不同DES对木质素溶解性存在差异，对不同原料的木质素也存在选择性。氯化胆碱是氢键受体，其中的Cl
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不仅可以与氢键供体形成氢键，还能与木质素芳香环形成氢键作用，竞争木质素之间的氢键，从而打破木质素之间的氢键连接作用，促进其溶出；同时草酸二水合物可以促进体系酸性加强，提供更多的酸性质子，有利于破坏木质素
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碳水化合物复合物中的醚键，使木质素和半纤维素脱除；甘油能够提供更多羟基与木质素
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碳水化合物复合物中的醚键发生反应，提高木质素的溶出效率。但针对双元DES氯化胆碱
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草酸二水合物来说，其体系粘度较大导致需要更剧烈的预处理条件才能达到高效的组分溶出效果；针对双元DES氯化胆碱
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甘油来说，体系虽然存在致密的氢键网络，但存在体系缺乏酸性位点和质子活性较差的缺陷，无法高效分离组分。中性的氯化胆碱
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丙三醇DES中存在着较弱的阴离子氢键和阳离子氢键，不足以竞争木质素结构中的氢键；酸性的氯化胆碱
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草酸二水合物DES虽然是酸性的可以有效打破木质素醚键，但往往需要剧烈的预处理条件才能破坏更多的，木质素醚键达到高效分离木质素的目的。专利技术人无意发现将三种物质(氯化胆碱、甘油和草酸二水合物)按照一定比例混合后制备三元低共熔溶剂，体系的预处理效果显著提升，添加草酸二水合物后能提供酸性环境和更多的质子，能够有效破坏对酸敏感的木质素醚键；同时很好弥补氯化胆碱
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甘油体系存在氢键较弱的缺陷，而添加甘油后也提高氯化胆碱
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草酸二水合物体系的流动性，有效竞争木质素的氢键，打破木质纤维素中的氢键网络结构。能够在温和短时的预处理条件下，三元低共熔溶剂主要作用是通过断裂木质素β
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O
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4化学醚键和木质纤维中的木质素
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碳水化合物复合体键(LCC)，达到溶出木质素和半纤维素的目的，同时高效提取木质素且纯度较高，是一种绿色环保的木质素提取方法。
[0012]低共熔溶剂能够有效溶解木质素的机理是体系的氢键作用大于木质素碳水化合物中连接键的作用力，从而达到木质素去除的目的。而双元低共熔溶剂只有一种氢键供体，形成的氢键作用力相对较弱。因此，本专利技术低共熔溶剂体系引入一种酸性的氢键供体，提高低共熔溶剂与木质素之间氢键作用力，从而提高木质素的溶解效率。
[0013]另一方面，过低的反应温度及较短反应时间会致使木质素的提取率低下，而过高的反应温度及较长反应时间，其一会增加能耗，其二会使蔗渣中纤维素等组分损失更多，而木质素的去除率上升的空间很少，专利技术人无意中发现控制反应温度为80～130℃，反应时间4～8h可以达到很好的提取效果，包括提取率和提取纯度方面的提升，解决双元低共熔溶剂对蔗渣组分溶解度较差的问题。本专利技术能够在温和的条件下高效的提取木质素，6个小时能够对蔗渣中木质素提取率在80％以上，木质素纯度也均在85％以上，该方法工艺简单，提取过程绿色环保。
[0014]其中，向浓缩液中加入去离子水，静置一段时间分层，然后将静置后的混合溶液进行减压抽滤，用去离子水洗涤滤渣，冷冻干燥得到木质素，滤液进行旋转蒸发除去水，回收
DES重复使用。
[0015]乙醇清洗后可通过减压抽滤等方式得到含乙醇滤液，将含乙醇滤液进行旋转蒸发，得到浓缩液，回收乙醇。S2中的干燥为冷冻干燥。
[0016]优选地，所述氯化胆碱、甘油和草酸二水合物的摩尔比为1:(0.5～1.5):(0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将原料与三元低共熔溶剂混合反应，反应完成后冷却，得到反应产物；所述三元低共熔溶剂为氯化胆碱、甘油和草酸二水合物的混合溶剂；所述反应温度为80～130℃，反应时间4～8h；(2)向步骤(1)中的反应产物加入乙醇搅拌，用乙醇清洗，过滤，浓缩滤液得到浓缩液，加水静置，得到含有木质素的沉淀物，洗净冻干即得到木质素。2.根据权利要求1所述利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法，其特征在于，所述原料为蔗渣，粒径为40～60目。3.根据权利要求1所述利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法，其特征在于，所述氯化胆碱、甘油和草酸二水合物的摩尔比为1:(0.5～1.5):(0.5～1.5)。4.根据权利要求1所述利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法，其特征在于，所述氯化胆碱、甘油和草酸二水合物的摩尔比为1:0.5～1.5:0.5～1。5.根据权利要求1所述利用三元低共熔溶剂提取木质素的方法，其特征在于，所述氯化胆碱、甘油和草酸二水合物的摩尔比为1:1:(0.5～1)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽红，杨塬兴，王洪远，柯珣，张丛菲，何北海，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：