專(zhuān)利名稱(chēng)：一種溶解和提取甘蔗渣中的纖維素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)產(chǎn)品廢棄物重新利用領(lǐng)域，特別是涉及一種利用離子液體 溶解和提取甘蔗渣中的纖維素的方法。
背景技術(shù)：
甘蔗渣作為一種農(nóng)業(yè)廢棄物，每年全世界甘蔗渣的產(chǎn)出量約為2970萬(wàn) 噸，中國(guó)的產(chǎn)出量為2040萬(wàn)噸。如此大量的甘蔗渣如何處理和有效利用，
是一個(gè)不容忽視的社會(huì)和環(huán)境問(wèn)題。目前甘蔗渣大多用于焚燒和飼養(yǎng)牲畜， 利用率非常低。
甘蔗渣中含有豐富的纖維素。纖維素作為一種天然高分子材料，不但廣 泛的用于紡織造紙，還用來(lái)制造人造絲，賽璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯類(lèi) 衍生物；也可制成甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素、聚陰離子纖維 素等醚類(lèi)衍生物，具有很大的應(yīng)用市場(chǎng)。
但由于一方面甘蔗渣中含有半纖維素、木質(zhì)素，它們與纖維素相互纏結(jié)， 形成分子內(nèi)或分子間氫鍵；另一方面纖維素本身結(jié)晶形成分子間和分子內(nèi)氫 鍵，從而使得纖維素很難被溶解。這樣一方面不利于纖維素的分離提純。現(xiàn) 在大部分纖維素的分離提純都是通過(guò)亞硫酸鹽溶液或堿溶液蒸煮植物原料， 除去木素，然后經(jīng)過(guò)漂白進(jìn)一步除去殘留木素，這種方法產(chǎn)生較大的環(huán)境污 染，如產(chǎn)生造紙黑液等。另一方面也不利于纖維素的均相衍生化反應(yīng)，擴(kuò)大 纖維素的應(yīng)用范圍。目前纖維素的衍生化反應(yīng)大多是通過(guò)非均相反應(yīng)生成 的。這種方法的問(wèn)題是反應(yīng)取代度低、取代不均勻、副產(chǎn)物多。因此需要尋 找一種有效的溶劑和溶解方法。
離子液體是一種近年新被廣泛應(yīng)用于綠色化學(xué)領(lǐng)域的環(huán)保溶液，它特有 的良溶劑性、不揮發(fā)、對(duì)水和空氣穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，特別是其良好的良溶劑性， 被廣泛地用來(lái)作為易揮發(fā)有機(jī)溶劑的綠色替代溶劑。離子液體被發(fā)現(xiàn)可溶解 纖維素，但是目前的研究大多只是針對(duì)纖維素進(jìn)行溶解的研究，無(wú)論是對(duì)秸 稈中纖維素溶解的研究，還是對(duì)杉木粉、玉米外殼，甚至是對(duì)甘蔗渣等也都 是先進(jìn)行預(yù)處理將其中的纖維素提取出來(lái)之后再進(jìn)行纖維素的溶解。這樣不但增加了工序，同時(shí)在用溶劑除去木質(zhì)素、半纖維素時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的含有溶 劑、木質(zhì)素、半纖維素的廢液，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大的污染。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種利用離 子液體溶解和提取甘蔗渣中的纖維素的方法。
本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種溶解和提取甘蔗渣中纖維素 的方法，其特征在于包括以下操作步驟
(1) 將甘蔗渣粉碎后用水浸泡、過(guò)濾，用氫氧化鈉溶液活化，用去離 子水沖洗pH至7，過(guò)濾，干燥，得到經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣；
(2) 向步驟(1)所得經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣中加入離子液體l-丁基-3-甲基
咪唑氯鹽，加熱溫度至80'C，保溫2 5min后，邊攪拌邊加入吡啶；進(jìn)行溶 解反應(yīng)，離心分離，得到纖維素溶液；所述經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣和離子液體l-丁基-3-甲基咪唑氯鹽的質(zhì)量比為l: 9 1: 19;所述吡啶和離子液體l-丁基 -3-甲基咪唑氯鹽的摩爾比為3: 1 4.82: 1;
(3) 將步驟(2)所得纖維素溶液加到去離子水中，攪拌后過(guò)濾，得到 濾渣；將濾渣用去離子水洗滌，干燥，得到再生纖維素。
步驟(1)所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為0.5 20%;所述活化 的時(shí)間為5 24h。
步驟(1)所述粉碎為粉碎至過(guò)60 100目篩；所述浸泡的時(shí)間為1 4h;
所述干燥為真空干燥，干燥溫度為60 10(TC，干燥時(shí)間為8 12h。
步驟(2)所述溶解反應(yīng)的溫度為70 10(TC，反應(yīng)時(shí)間為30min 240min。
步驟(2)所述離心分離的時(shí)間為5 10mhi，離心速度為2000 4000r/min。
歩驟(3)所述攪拌的時(shí)間為30 120min;所述洗滌的次數(shù)為2 5次。 步驟(3)所述干燥為真空干燥，干燥溫度為50 10(TC，干燥時(shí)間為6
10h。
歩驟(3)過(guò)濾所得濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀去掉水和吡啶(共沸混合物)可 回收離子液體。
本發(fā)明步驟(2)得到的纖維素溶液可用于紡絲或進(jìn)行纖維素的均相衍 生化反應(yīng)。本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及有益效果本發(fā)明采用的方法 簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便，通過(guò)一步法直接用離子液體溶解甘蔗渣中的纖維素而不用 先提取纖維素再進(jìn)行溶解，并通過(guò)加入吡啶降低溶液粘度以分離纖維素溶 液；溶解速度快，木質(zhì)素、半纖維素的存在幾乎不影響纖維素的溶解；污染 小， 一是因?yàn)槿芙獾哪举|(zhì)素、半纖維素為固體，不產(chǎn)生所謂的造紙黑液，二 是使用的溶劑離子液體可以回收；溶解過(guò)程中由于吡啶的加入，體系粘度明 顯降低，既利于離心分離，又利于工業(yè)紡絲和纖維素均相衍生化；本發(fā)明節(jié) 能環(huán)保，極大的擴(kuò)大了農(nóng)業(yè)廢棄物的在利用和纖維素的使用范圍，具有廣大 的應(yīng)用前景。


圖1甘蔗渣纖維素的紅外譜圖，其中曲線a為未處理過(guò)的甘蔗渣；曲 線b為活化后的甘蔗渣；曲線C為再生纖維素；曲線d為未溶蔗渣殘?jiān)?br> 具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。
實(shí)施例l
(1) 將甘蔗渣粉碎后過(guò)80目篩(作為未經(jīng)處理的甘蔗渣，測(cè)定其紅外 光譜圖見(jiàn)圖l曲線a)，用水浸泡2h、過(guò)濾，用質(zhì)量百分比濃度為1%的氫氧化 鈉溶液活化10h，用去離子水沖洗pH至7，過(guò)濾，6(TC真空干燥8h后，得到經(jīng) 預(yù)處理的甘蔗渣(作為活化后的甘蔗渣，測(cè)定其紅外光譜圖見(jiàn)圖l曲線b);
(2) 向0.5g步驟(1)所得經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣中加入4.5g離子液體1-丁 基-3-甲基咪唑氯鹽，加熱溫度至80。C，保溫3min后，邊攪拌邊加入O.Hmol 吡啶；在8(TC下進(jìn)行溶解反應(yīng)90min，采用4000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離8min, 得到纖維素溶液；測(cè)量得到甘蔗渣的溶解率為48% (測(cè)定未溶蔗渣殘?jiān)募t 外光譜圖見(jiàn)圖l曲線d);
(3) 將步驟(2)所得纖維素溶液加到去離子水中，攪拌30min后過(guò)濾， 得到濾渣；將濾渣用去離子水洗滌3次，5(TC干燥10h，得到再生纖維素(測(cè) 定再生纖維素的紅外光譜圖見(jiàn)圖1曲線c)。
從圖l所示四種蔗渣纖維素的紅外譜圖可見(jiàn)，曲線b較曲線a少了在 1735cm"處的峰，而此峰為半纖維素的特征峰。比較再生后的纖維素膜曲線c和用NaOH活化過(guò)的甘蔗渣曲線b的譜圖，兩者主要的區(qū)別就是用NaOH活化過(guò)的甘蔗渣在1509cm"、 1604cm"處有明顯的吸收峰，此兩處是木質(zhì)素中苯環(huán)的伸縮振動(dòng)特征峰，而再生纖維素在這兩處沒(méi)有吸收峰。這說(shuō)明離子液體能很好的提純?nèi)芙飧收嵩械睦w維素。
實(shí)施例2
(1) 將甘蔗渣粉碎后過(guò)80目篩，再用水浸泡lh、過(guò)濾，用質(zhì)量百分比濃度為20。/。的氫氧化鈉溶液活化5h，用去離子水沖洗pH至7，過(guò)濾，IO(TC真空干燥12h后，得到經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣；
(2) 向lg步驟(1)所得經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣中加入19g離子液體l-丁基-3-甲基咪唑氯鹽， 加熱溫度至8(TC，保溫2min后，邊攪拌邊加入0.33moi吡啶吡啶；在7(TC下進(jìn)行溶解反應(yīng)30min，采用2000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離10min，得到纖維素溶液；測(cè)量得到甘蔗渣的溶解率為40%;
(3) 將步驟(2)所得纖維素溶液加到去離子水中，攪拌120min后過(guò)濾，得到濾渣；將濾渣用去離子水洗滌2次，10(TC干燥6h，得到再生纖維素。
實(shí)施例3
(1) 將甘蔗渣粉碎后過(guò)60目篩，再用水浸泡4h、過(guò)濾，用質(zhì)量百分比濃度為15。/。的氫氧化鈉溶液活化24h，用去離子水沖洗pH至7，過(guò)濾，8(TC真空干燥10h后，得到經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣；
(2) 向lg歩驟(1)所得經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣中加入10g離子液體l-丁基-3-甲基咪唑氯鹽，加熱溫度至8(TC，保溫4min后，邊攪拌邊加入0.23mol吡啶；在10(TC下進(jìn)行溶解反應(yīng)240min，采用3000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離5min，得到纖維素溶液；測(cè)量得到甘蔗渣的溶解率為44%;
(3) 將步驟(2)所得纖維素溶液加到去離子水中，攪拌100min后過(guò)濾，得到濾渣；將濾渣用去離子水洗滌5次，8(TC干燥10h，得到再生纖維素。
實(shí)施例4
(1)將甘蔗渣粉碎后過(guò)100目篩，再用水浸泡3h、過(guò)濾，用質(zhì)量百分比濃度為0.5%的氫氧化鈉溶液活化2011，用去離子水沖洗pH至7，過(guò)濾，6CTC真空干燥9h后，得到經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣；
(2) 向0.5g步驟(1)所得經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣中加入7.5g離子液體l-丁 基-3-甲基咪唑氯鹽，加熱溫度至8(TC，保溫5min后，邊攪拌邊加入0.15mo1 吡啶；在90'C下進(jìn)行溶解反應(yīng)120min，采用2000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離10min， 得到纖維素溶液；測(cè)量得到甘蔗渣的溶解率為44%;
(3) 將步驟(2)所得纖維素溶液加到去離子水中，攪拌60min后過(guò)濾， 得到濾渣；將濾渣用去離子水洗滌3次，7(TC干燥7h，得到再生纖維素。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí) 施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修 飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種溶解和提取甘蔗渣中纖維素的方法，其特征在于包括以下操作步驟(1)將甘蔗渣粉碎后用水浸泡、過(guò)濾，用氫氧化鈉溶液活化，用去離子水沖洗pH至7，過(guò)濾，干燥，得到經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣；(2)向步驟(1)所得經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣中加入離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽，加熱溫度至80℃，保溫2～5min后，邊攪拌邊加入吡啶；進(jìn)行溶解反應(yīng)，離心分離，得到纖維素溶液；所述經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣和離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽的質(zhì)量比為1∶9～1∶19；所述吡啶和離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽的摩爾比為3∶1～4.82∶1；(3)將步驟(2)所得纖維素溶液加到去離子水中，攪拌后過(guò)濾，得到濾渣；將濾渣用去離子水洗滌，干燥，得到再生纖維素。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶解和提取甘蔗渣中纖維素的方法，其 特征在于步驟(1)所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為0.5 20%;所 述活化的時(shí)間為5 24h。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶解和提取甘蔗渣中纖維素的方法，其 特征在于步驟(1)所述粉碎為粉碎至過(guò)60 100目篩；所述浸泡的時(shí)間為1 4h;所述干燥為真空干燥，干燥溫度為60 10(TC，干燥時(shí)間為8 12h。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶解和提取甘蔗渣中纖維素的方法，其 特征在于步驟(2)所述溶解反應(yīng)的溫度為70 100°C，反應(yīng)時(shí)間為30min 240min。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶解和提取甘蔗渣中纖維素的方^^，其 特征在于步驟(2)所述離心分離的時(shí)間為5 10min，離心速度為2000 4000r/min。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種溶解和提取甘蔗渣中纖維素的方法，其特 征在于步驟(3)所述攪拌的時(shí)間為30 120min;所述洗滌的次數(shù)為2 5 次。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種溶解和提取甘蔗渣中纖維素的方法，其特 征在于步驟(3)所述干燥為真空干燥，干燥溫度為50 10(TC，干燥時(shí)間 為6 10h。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用離子液體溶解和提取甘蔗渣中的纖維素的方法。該方法包括步驟(1)將甘蔗渣用水浸泡、過(guò)濾，用氫氧化鈉溶液活化，去離子水沖洗至pH為7，過(guò)濾，干燥后粉碎；(2)向經(jīng)預(yù)處理的甘蔗渣中加入離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽，加熱溫度至80℃，保溫2～5min后，邊攪拌邊加入吡啶；在70～100℃溫度條件下，溶解反應(yīng)30min～240min后，離心分離，得到纖維素溶液；(3)將纖維素溶液加到去離子水中，攪拌后過(guò)濾，得到濾渣；將濾渣用去離子水洗滌，干燥得到再生纖維素。本發(fā)明采用的方法簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便，節(jié)能環(huán)保，極大的擴(kuò)大了農(nóng)業(yè)廢棄物的在利用和纖維素的使用范圍，具有廣大的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)D21C5/00GK101649571SQ200910042319
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者付鐵柱, 浩 龐, 兵 廖, 石錦志, 計(jì)紅果, 永 陳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州化學(xué)研究所