[发明专利]一种利用复合离子液体分离农业废弃物中木质素的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术，农业废弃物综合利用技术及新能源技术开发和利用领域，特别涉及一种利用复合离子液体体系高效分离蔗渣等农业废弃物的木质素的方法。

背景技术

木质素是仅次于纤维素的第二大天然高分子聚合物，它是生物质的重要组分，在化工工业中有着非常重要的应用。生物质直接来源于绿色植物的光合作用，因此其在自然界中分布广泛，含量丰富，是一种极具潜力的、廉价的、可再生的低碳替代能源，对缓解当前日益严峻的能源危机和由于大量燃烧一次性的化石能源导致的环境污染等问题有着举足轻重的意义。但当前的生物柴油和生物酒精等替代能源主要来自糖类，淀粉等粮食作物的发酵和水解，因此其虽然部分缓解了能源危机，但给粮食安全带来了极大的压力。故开发非粮食作物及农业废弃物木质纤维素的高效利用新技术成为了当前关注的热点。当前的生物质处理方式如气化、热解、液化等均存在着这样或那样的不足，尤其是由于生物质分子具有较高的结晶度和分子间及分子内氢键使其不溶于H₂O和常规的有机溶剂，这极大的阻碍了生物质和生物质能的开发和利用。

2002年，Robin D.Rogers等发现离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(bmimCl)能有效地溶解纤维素，在100℃时，其溶解度可达10wt％，随后，一系列功能化离子液体如醋酸根离子液体、烯丙基功能化离子液体等也陆续被开发并用于纤维素、半纤维素等物质的溶解。然而，由于其在离子液体中有限的溶解度，上述体系离子液体的用量较大，且首先须将其溶于离子液体中形成均相溶液，然后才能对此均相溶液进行提取和转化，因此中间步骤多，操作繁琐。尤为重要的是当前的离子液体中木质纤维素处理技术需加入一定的水，而水早就被证实是阻碍离子液体对生物质有效溶解的首要因素。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种利用复合离子液体体系高效分离蔗渣等农业废弃物中木质素的方法。通过低温高效催化转化纤维素、半纤维素的方式实现木质素的高效分离和制备高附加值的可直接用作化工原料和化工中间体的小分子生物化学品。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种利用复合离子液体体系高效分离农业废弃物中木质素的方法，包括以下操作步骤：

(1)复合离子液体的制备：具有协同效应的复合离子液体通过机械混合或双阴离子引发剂离子交换法制得。

(2)农业废弃物的预处理：将农业废弃物充分干燥后采用机械粉碎的方法将其粉碎至20～60目，并依次用丙酮和去离子水将其可溶性组分洗涤后充分干燥备用；

(3)农业废弃物的去木质素：5～500g复合离子液体和1.5～60g农业废弃物充分混合，惰性氛围；反应温度为120～260℃，在搅拌条件下反应即得到高纯度的木质素和生物小分子物质。所述生物小分子物质主要为高附加值的酯、醇、醛、酮、糠醛及其衍生物、呋喃类衍生物和长链烃类等可直接利用的物质。

优选地，所述惰性气氛为N₂，搅拌速度为100～1000r/min；反应时间为5～120min。

优选地，所述农业废弃物为蔗渣、秸秆、稻壳、麦秆和稻草中的一种或几种。

优选地，复合离子液体的制备途径1：将5～500g对木质纤维素具有溶解性能的离子液体溶剂和0.1～10mol酸性离子液体催化剂在N₂保护下的冰水浴中充分混合，得到复合离子液体。

优选地，复合离子液体的制备途径2：将0.1～20mol氯盐离子液体前驱体溶于10～1000mL的无水甲醇中，然后在向其中加入0.05～10mol的KHSO₄，经充分反应后，控制Cl^-和HSO₄^-的浓度比为(10～30)∶1，除去溶剂，得到复合离子液体。

优选地，所述离子液体溶剂的阳离子为烷基咪唑；烷基吡啶；烷基季胺；烯丙基咪唑；烯丙基吡啶；烯丙基季胺；阴离子为氯离子、醋酸根、甲酸根、硫酸甲酯、硫酸乙酯、磷酸甲酯、磷酸乙酯。

优选地，所述离子液体溶剂的结构如下：

所述阴离子为Cl^-，Br^-离子液体溶剂采用季胺化合成；其他离子液体溶剂通过氯盐前驱体和对应的钾盐在室温下通过离子交换法制得；硫酸氢根，磷酸二氢根型常规酸性离子液体通过上述类似的离子交换法制得；其他功能化离子液体采用酸碱中和法及微波辅助手段合成。