[发明专利]一种在酸性低共熔溶剂中降解木质素的方法

说明书

技术领域

本发明属于天然生物资源高效利用领域，尤其涉及一种在酸性低共熔溶剂中降解木质素的方法。

背景技术

随着石油资源的枯竭和温室效应的加剧，寻求可再生的“绿色”资源引起广泛关注。木质素主要是由对羟基苯丙烷单元、愈创木基苯丙烷单元和紫丁香基苯丙烷单元通过醚键或碳-碳键连接形成的无定型高分子化合物，在自然界中的含量仅次于纤维素和甲壳素，且是唯一含芳香结构的可再生资源。通过裂解、生物转化和热化学降解等技术可降低木质素大分子的分子量，增加活性羟基基团数目，同时生成高值芳香化合物。裂解通常在高温(300～600℃)、高压(10MPa)、惰性气体条件下进行，对设备要求较高。生物转化是通过真菌等菌类对木质素进行降解，然而，降解过程非常缓慢。热化学转化包括酸催化、碱催化、金属催化、超临界流体辅助催化等，常用的热化学转化通常也需要高温高压(大于300℃，10MPa)的条件。

由于具有蒸汽压低、热稳定性好、可设计性等优良的物理化学特点，离子液体在碳水化合物和木质素降解领域的研究逐渐受到重视。目前，离子液体，尤其是酸性离子液体在纤维素降解转化方面的研究取得诸多进展，然而，在木质素领域的研究还有待深入。此外，传统离子液体所使用的原料多来自石油资源，不可再生，且制备工艺复杂、价格昂贵，限制了其大规模工业化生产应用。2003年，Abbott等发现尿素和季铵盐通过按一定摩尔比混合加热即可形成室温下为液态的混合物，并称之为低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents)，这种溶剂具有与离子液体相类似的物理化学性质，因此也被称为离子液体类似物。低共熔溶剂无毒、可生物降解，原子利用率为100％。随后研究发现，碳水化合物、木质素等在一些低共熔溶剂中具有良好的溶解性能。因此，研究木质素在酸性低共熔溶剂中的降解转化，是实现木质素高值利用的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作工艺简单、成本低廉的木质素降解方法。

本发明的技术方案是：将木质素原料、低共熔溶剂和水加入到反应器中，在常压、90～130℃条件下搅拌进行均相催化降解，待反应产物冷却后，加水沉淀木质素残渣，离心，充分洗涤残渣，干燥得到降解木质素。上层清液旋蒸除去水分，真空干燥可回收低共熔溶剂。

1.所述的方法，其中，所述低共熔溶剂为氯化胆碱-对甲苯磺酸；

2.所述的方法，其中，低共熔溶剂中氯化胆碱与对甲苯磺酸的摩尔比为3～7：7～3；

3.所述的方法，其中，原料木质素是磨木木质素，碱木质素，酶解木质素，有机溶剂木质素，离子液体木质素中的一种或多种；

4.所述的方法，其中，低共熔溶剂：木质素：水的质量比为100：5～20：0.01～5；

5.所述的方法，其中，反应时间为0.5～12h。

本发明的有益效果是：

1、本发明所采用的方法工艺简单，成本低廉；

2、低共熔溶剂蒸汽压低，无毒，可回收重复利用；

3、在常压、较温和的反应条件下即可实现木质素均相催化降解；

4、木质素降解产物分子量降低，羟基含量增加，扩宽了其应用范围。

附图说明

图1为碱木质素原料与实施例1中降解碱木质素的凝胶渗透色谱(GPC)谱图。碱木质素的重均分子量为17680g/mol，多分散系数为26.98；实施例1中降解碱木质素的重均分子量为7783g/mol，多分散系数为16.05，证明在酸性低共熔溶剂处理过程中木质素发生了降解，导致分子量降低。

图2为碱木质素原料与实施例3中降解碱木质素的红外(FTIR)谱图。降解碱木质素与碱木质素的红外谱图相比，3305cm^-1附近的羟基(-OH)吸收峰增强，1078cm^-1附近的醚键(C-O-C)吸收峰减弱，证明在处理过程中木质素醚键发生断裂生成了羟基。1510cm^-1附近的苯环特征吸收峰不变，说明木质素的酚型结构没有被破坏。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1：

将1g碱木质素和250μL去离子水加入到20mL低共熔溶剂中，130℃下油浴磁力搅拌1h，冷却降解产物，加入3倍低共熔溶剂质量的去离子水，离心，洗涤，干燥，得到降解碱木质素，质量为0.957g。

实施例2：