一種離子液體溶解纖維素的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種離子液體溶解纖維素的方法，其步驟如下：(1)先后用堿溶液和酸溶液預處理天然木質(zhì)纖維，水洗至中性后烘干；(2)將離子液體與步驟(1)處理后的纖維素進行混合，加入到乳化機中進行剪切，使纖維素完全溶解在離子液體中；(3)采用超聲處理對混合溶液進行氣泡脫除，得到纖維素/離子液體均相溶液體系。本發(fā)明的方法能夠使纖維素不會發(fā)生降解，得率相應提高。
【專利說明】一種離子液體溶解纖維素的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于纖維素加工領域，具體涉及一種離子液體溶解纖維素的方法。

【背景技術】
[0002]纖維素是自然界最豐富的天然有機物之一，其主要來源是植物，如木材、棉花、劍麻、菠蘿葉纖維等，動物、特定的細菌等也能生產(chǎn)纖維素。近年來，隨著能源危機和環(huán)境問題的惡化，可降解生物材料越來越受到重視。天然纖維以其質(zhì)輕、可降解、價廉、高模量、高強度等優(yōu)越的性能，逐漸發(fā)揮越來越重要的作用。但由于纖維素線性分子鏈在結構上的多羥基特征及分子間和分子內(nèi)強氫鍵作用導致其結晶度和取向度較高，化學反應性能差，且氫鍵聚集成高度有序的網(wǎng)絡結構，使得纖維素在常規(guī)的溶劑(如水和大多數(shù)有機溶劑等)中難以溶解，限制了其進一步的開發(fā)和利用。
[0003]離子液體作為近年來興起的一種有著廣闊應用前景的綠色溶劑，具有不揮發(fā)性、良好的溶解性及穩(wěn)定性等優(yōu)點。但纖維素在離子液體中的溶解在室溫條件下很難進行，往往需要對纖維素/離子液體體系加熱到很高的溫度?，F(xiàn)在普遍采用的是油浴或者微波溶解工藝，但加熱溫度高，耗能較大，且纖維素有一定程度的降解，限制了其工業(yè)化生產(chǎn)。因此，尋找一種更加合適的離子液體溶解纖維素的方法是目前需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對以上要解決的技術問題，提供一種離子液體溶解纖維素的方法，其能夠有效改善纖維素在高溫下發(fā)生降解的問題，更好、更快地將纖維素溶解。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案如下:
[0006]一種離子液體溶解纖維素的方法，其步驟如下:
[0007](I)先后用堿溶液和酸溶液預處理天然木質(zhì)纖維，水洗至中性后烘干；
[0008](2)將離子液體與步驟(1)處理后的纖維素進行混合，加入到乳化機中進行剪切，使纖維素完全溶解在離子液體中；
[0009](3)采用超聲處理對混合溶液進行氣泡脫除，得到纖維素/離子液體均相溶液體系O
[0010]優(yōu)選地，步驟(1)中用堿溶液和酸溶液預處理天然木質(zhì)纖維的具體操作為:將粉碎后的天然木質(zhì)纖維用質(zhì)量濃度為I~2.5%的堿溶液在90~120°C下加熱3~6h，再用質(zhì)量濃度為1%~3%的酸溶液在90~110°C下加熱2~4h。所述堿溶液優(yōu)選但不限于氫氧化鈉(NaOH)的水溶液。所述酸溶液優(yōu)選但不限于硫酸、硝酸、鹽酸的水溶液。更優(yōu)選地，用堿溶液處理時，天然木質(zhì)纖維和堿溶液的料液比為1:40至1:15。更優(yōu)選地，用酸溶液處理時，天然木質(zhì)纖維和酸溶液的料液比為1:40至1:15。
[0011]優(yōu)選地,步驟(2)中，所述纖維素與離子液體的質(zhì)量比為0.5:100至15:100。
[0012]優(yōu)選地，步驟(2)中，剪切速度為3000~26000rpm，溫度為25~150°C;剪切次數(shù)為I~10次。
[0013]優(yōu)選地，所述離子液體包括但不限于1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽。
[0014]優(yōu)選地，步驟(3)中，所述超聲處理的功率為50~200W，超聲時間為I~10分鐘。
[0015]優(yōu)選地，本發(fā)明的天然木質(zhì)纖維包括但不限于菠蘿麻、甘蔗渣、棉花。
[0016]本發(fā)明的方法具有以下有益效果:
[0017](I)現(xiàn)有離子液體溶解纖維素技術多采用微波溶解工藝，在高溫下溶解纖維素，本發(fā)明能夠克服微波溶解工藝的不足，在乳化機的剪切力作用下使纖維素溶解，從而使纖維素不會發(fā)生降解，得率相應提高。
[0018](2)整個過程高效節(jié)能，方法簡單，達到快速溶解纖維素的目的，符合綠色生產(chǎn)的要求，為纖維素快速溶解及后續(xù)綜合利用提供新的思路。

【具體實施方式】
[0019]下面結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步的詳述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于以下實施例。應當注意的是，鑒于篇幅關系，以下實例僅以菠蘿麻、甘蔗渣、棉花為例，說明本發(fā)明的方法步驟，但本方法同樣適用于其他種類的木質(zhì)纖維，而不僅限于所述及的幾種。
[0020]實施例1
[0021]將粉碎后的菠蘿麻先用質(zhì)量濃度為I %的NaOH水溶液在95 °C下加熱6h(料液比為1:35)，再用1.5% (質(zhì)量濃度)硫酸在100°C下加熱3h (料液比為1:35)，水洗至中性后烘干，得到預處理后的菠蘿麻纖維素樣品；
[0022]將0.5g菠蘿麻纖維素加入到50g 1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體中，然后通過乳化機，在80°C，15000rpm轉(zhuǎn)速下循環(huán)2次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，采用超聲儀在70W下超聲5分鐘脫氣，得到菠蘿麻纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經(jīng)再生后測定，得率為99.4%。
[0023]實施例2
[0024]將粉碎后的甘蔗渣先用質(zhì)量濃度為1.5%的NaOH水溶液在110°C下加熱3h(料液比為1:15)，再用3% (質(zhì)量濃度)硝酸在100°C下加熱3h(料液比為1:15)，水洗至中性后烘干，得到預處理后的甘蔗渣纖維素樣品；
[0025]將Ig甘蔗渣纖維素加入到50g 1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體中，然后通過乳化機，在80°C，13000rpm轉(zhuǎn)速下循環(huán)4次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，采用超聲儀在50W下超聲10分鐘脫氣，得到甘蔗渣纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經(jīng)再生后測定，得率為99.3%。
[0026]實施例3
[0027]將粉碎后的棉花先用質(zhì)量濃度為2%的NaOH水溶液在120°C下加熱3h(料液比為1:20)，再用3% (質(zhì)量濃度)硝酸在100°C下加熱3h (料液比為1:20)，水洗至中性后烘干，得到預處理后的棉花纖維素樣品；
[0028]將2.5g棉花纖維素加入到50g 1-乙基_3_甲基咪唑醋酸鹽離子液體中，然后通過乳化機，在室溫(25°C)下，16000rpm轉(zhuǎn)速下循環(huán)2次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，采用超聲儀在200W下超聲I分鐘脫氣，得到棉花纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經(jīng)再生后測定，得率為99.2%。
[0029]實施例4
[0030]將粉碎后的菠蘿麻先用質(zhì)量濃度為I %的NaOH水溶液在120°C下加熱4h (料液比為1:40)，再用1.0% (質(zhì)量濃度)硫酸在110°C下加熱2h (料液比為1:40)，水洗至中性后烘干，得到預處理后的菠蘿麻纖維素樣品；
[0031 ] 將0.25g菠蘿麻纖維素加入到50g 1-丁基_3_甲基咪唑氯鹽離子液體中，然后通過乳化機，在90°C，3000rpm轉(zhuǎn)速下循環(huán)10次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，采用超聲儀在100W下超聲2分鐘脫氣，得到菠蘿麻纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經(jīng)再生后測定，得率為99.0%。
[0032]實施例5
[0033]將粉碎后的棉花先用質(zhì)量濃度為1%的NaOH水溶液在110°C下加熱4h (料液比為1:30)，再用2.5% (質(zhì)量濃度)硫酸在90°C下加熱4h (料液比為1:30)，水洗至中性后烘干，得到預處理后的棉花纖維素樣品；
[0034]將15g棉花纖維素加入到10g 1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體中，然后通過乳化機，在150°C，26000rpm轉(zhuǎn)速下循環(huán)I次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，采用超聲儀在80W下超聲4分鐘脫氣，得到棉花纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經(jīng)再生后測定，得率為98.8%。
[0035]實施例6
[0036]將粉碎后的甘蔗渣先用質(zhì)量濃度為2.5%的NaOH水溶液在90°C下加熱5h (料液比為1:25)，再用3% (質(zhì)量濃度)硫酸在100°C下加熱4h (料液比為1:25)，水洗至中性后烘干，得到預處理后的甘蔗渣纖維素樣品；
[0037]將3g甘蔗渣纖維素加入到10g 1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體中，然后通過乳化機，在90°C，1000rpm轉(zhuǎn)速下循環(huán)5次，使得纖維素完全溶解在離子液體中，采用超聲儀在100W下超聲2分鐘脫氣，得到甘蔗渣纖維素/離子液體均相溶液。溶液中纖維素經(jīng)再生后測定，得率為99.1%。
【權利要求】
1.一種離子液體溶解纖維素的方法，其特征在于步驟如下: (1)先后用堿溶液和酸溶液預處理天然木質(zhì)纖維，水洗至中性后烘干； (2)將離子液體與步驟(1)處理后的纖維素進行混合，加入到乳化機中進行剪切，使纖維素完全溶解在離子液體中； (3)采用超聲處理對混合溶液進行氣泡脫除，得到纖維素/離子液體均相溶液體系。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)中用堿溶液和酸溶液預處理天然木質(zhì)纖維的具體操作為:將粉碎后的天然木質(zhì)纖維用質(zhì)量濃度為I~2.5%的堿溶液在90~120°C下加熱3~6h，再用質(zhì)量濃度為I %~3%的酸溶液在90~110°C下加熱2~4h0
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于:用堿溶液處理時，天然木質(zhì)纖維和堿溶液的料液比為1:40至1:15。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于:用酸溶液處理時，天然木質(zhì)纖維和酸溶液的料液比為1:40至1:15。
5.根據(jù)權利要求2至4任一項所述的方法，其特征在于:所述堿溶液為氫氧化鈉的水溶液。
6.根據(jù)權利要求2至4任一項所述的方法，其特征在于:所述酸溶液為硫酸、硝酸或鹽酸的水溶液。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)中，所述纖維素與離子液體的質(zhì)量比為 0.5:100 至 15:100。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)中，剪切速度為3000~26000rpm，溫度為25~150°C ;剪切次數(shù)為I~10次。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽或1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中，所述超聲處理的功率為50~200W，超聲時間為I~10分鐘。
【文檔編號】C08L1/02GK104177629SQ201410404512
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權日:2014年8月15日
【發(fā)明者】魏曉奕, 李積華, 祝曉, 王飛, 崔麗虹, 付調(diào)坤 申請人:中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所