[发明专利]一种利用基于离子液体的混合溶剂溶解木质素的方法

说明书

技术领域

本发明属于化学工业应用领域，具体涉及一种利用基于离子液体的混合溶剂溶解木质素的方法。

背景技术

随着日益严重的石油危机和环境污染，人们越来越重视可再生资源生物质的开发和利用。木质素广泛存在于大部分陆地植物木质部中，是构成植物骨架的主要成分(约占15％～36％)。木质素是由苯基丙烷类结构单元通过碳-碳键和醚键连接而成的三维高分子化合物，是能从天然中获得芳烃的唯一原料。

作为总量仅次于纤维素和甲壳素的天然高分子化合物，木质素却至今没有广泛地利用。木质素是一种聚集体，结构中存在许多极性基团，尤其是较多羟基，造成了很强的分子内和分子间的氢键，因此天然木质素不溶于水和任何溶剂。

溶剂的溶解性参数和形成氢键能力等因素影响木质素在溶剂中溶解。利用酶解和有机溶剂法等分离的木质素可溶于碱液和有机溶剂中，如乙酰溴、六氟丙醇、二氧六环、吡啶、甲醇、乙醇和丙酮等。利用这些有机溶剂溶解木质素后，可进行木质素的改性和材料加工。因此，木质素溶解是实现其高值化利用的必需的第一步。

室温离子液体是在室温或室温附近呈液态的离子化合物，也被称为低温熔融盐，是极具应用前景的环境友好型溶剂，其蒸汽压低，不易挥发。研究发现功能化设计的咪唑基离子液体具有溶解木质素的能力，其阴离子分别为：氯离子(Cl^-)、溴离子(Br^-)、醋酸根离子(OAc^-)、甲基硫酸根离子(MeSO₄^-)等。所用的都是纯离子液体，水含量不能高于5％。

目前利用有机溶剂溶解木质素的方法在使用中会造成环境污染，而利用绿色溶剂离子液体溶解的方法由于溶剂价格高制约着其实际应用。因此，需要发展出一种溶解木质素的新方法，以便于其进一步化学加工和材料制备。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有木质素溶解方法存在的不足之处，公开了一种利用基于离子液体的混合溶剂溶解木质素的方法。

本发明所采用的混合溶剂是离子液体与水的混合物，其中水的重量百分比为5～60％，使用的离子液体组成为A⁺B^-。阳离子A⁺为咪唑类化合物，其化学结构式为

其中，取代基R₁和R₂分别为碳原子数1～10的烷烃或烯烃类有机集团。阴离子B^-为卤素离子或醋酸根离子。该混合溶剂中不含挥发性有机溶剂，水的加入减少了离子液体的用量，降低了原料成本，具有较好的工业应用前景。

使用该混合溶剂溶解木质素的具体步骤为：将木质素与混合溶剂一起加入带有冷却装置的常压釜中，升温至40℃～100℃，搅拌速度300rpm/min，保持0.5～2小时，木质素溶解在该溶剂中。木质素在混合溶剂中的溶解度为2～12g/100g。在此过程中，生成的水蒸汽在冷却设备中冷凝后循环回釜中。

向所得的木质素/离子液体/水溶液加入析出剂后，经搅拌，木质素析出并沉淀，析出剂为水、乙醇、丙酮或苯/乙醇(1/2，V/V)，具体用量为：

1)向所得的木质素/离子液体/水溶液加入适量水(加水量/木质素溶液量≥1，体积比)后，木质素会絮凝沉淀；

2)向所得的木质素/离子液体/水溶液加入适量乙醇(加乙醇量/木质素溶液量≥0.5，体积比)，木质素会絮凝沉淀；

3)向所得的木质素/离子液体/水溶液加入适量丙酮(加丙酮量/木质素溶液量≥0.5，体积比)，木质素会絮凝沉淀；

4)向所得的木质素/离子液体/水溶液加入适量苯/乙醇(1/2，V/V)混合物(加苯/乙醇混合物量/木质素溶液量≥0.2，体积比)，木质素会絮凝沉淀；

将上述过程中所得的混合物过滤后，得到的离子液体/水混合物可以循环使用。

本发明与现有木质素溶解方法相比，溶解过程中不涉及挥发性有机溶剂，水的加入减少了离子液体用量，降低了粘度，木质素溶解率提高。

附图说明

图1、木质素样品的傅立叶红外光谱(FT-IR)谱图。其中，a为木质素原料，b为析出的木质素。

具体实施例：

实施例1、应用1-丁基，3-甲基咪唑氯盐离子液体([Bmim]Cl)与水混合制成的溶剂溶解木质素原料(1)(371076，Sigma-Aldrich公司，酶水解法制备)。