[发明专利]一种溶解木质纤维素全组分的混合溶剂及溶解方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术，农业废弃物高效利用技术及新能源技术开发和利用领域，涉及一种溶解木质纤维素全组分的混合溶剂及溶解方法。

背景技术

随着化石燃料的日益枯竭，能源需求越来越紧张。与此同时，大量燃烧化石燃料排放的CO₂、SO₂、NO和颗粒物，导致温室效应更加严重，对环境可持续发展构成威胁。因此，寻求低碳的、低污染的可再生的替代能源成为了世界各国的共识。生物质直接来源于植物的光合作用，具有富碳含量、储量大、分布广、污染低、廉价以及可再生等优点，与化石燃料相比，其含硫和含氮量均较低，同时灰分含量也很小，被认为是一种潜在的石化替代能源。同时，木质纤维素也是地球上最丰富的可再生能源。然而，木质纤维素由于其致密的结构和复杂的化学键合方式，使得其不溶于水及传统的有机溶剂，导致其解聚条件苛刻。通过系列过程实现木质纤维素的溶解对于其后续解聚具有十分重要的意义。关于木质纤维素的全组分溶解有一些报道，包括高温液态水，离子液体([bmim]Cl和-SO₃H功能基团离子液体等)和有机溶剂全溶体系(如二甲基亚砜/四丁基氟化铵、二甲基亚砜/N-甲基咪唑等)。对于以上几种全溶体系，高温液态水需在超临界(温度：374℃，压力：22.1MPa)条件下实现，属于高能耗；离子液体和有机溶剂体系价格过高，并且含有毒性，难以实现规模化。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，实现木质纤维素全组分的溶解，本发明提供一种溶解木质纤维素全组分的混合溶剂，由2.0～5.0wt％H₂SO₄、1.5～6.0wt％过氧化氢、75.0～86.5wt％乙醇、10.0～21.5wt％去离子水组成。

本发明还提供溶解木质纤维素全组分的方法，主要步骤为：将木质纤维素原料粉碎后加入上述混合溶剂中，在密闭环境中，在150～200℃下搅拌至完全溶解为均相黑色液体。

进一步地，上述木质纤维素原料选自针叶林木粉、阔叶林木粉、作物秸秆、草，如桉木粉、松木粉、水稻秸秆、玉米秸秆或狼尾草。

进一步地，上述木质纤维素原料与混合溶剂的质量比为1:12～100。

进一步地，搅拌前，按照5～10℃/min的加热速率加热至所述温度。

进一步地，上述搅拌的时间为1～3h。

进一步地，上述密闭环境为空气气氛或氮气气氛。

进一步地，上述均相黑色液体中，含有还原糖类、多聚糖、挥发性物质和木质素衍生物。

木质纤维素类生物质，主要由纤维素，半纤维素和木质素组成。阻碍其利用的原因主要来自两个方面，(1)半纤维素，木质素及其它物质(蛋白质和油脂等)覆盖在纤维素表面；(2)纤维素是葡萄糖以β-1,4糖苷键形成的具有高度结晶的晶体棒。因此，木质纤维素很难溶于水和常规溶剂，解聚的条件也比较苛刻。本发明利用液体酸、过氧化氢和乙醇的协同作用，在温和条件下实现木质纤维素生物质废弃物全组分溶解。

本发明相对现有技术具有如下的优点和效果：

(1)本发明所述的溶剂组分均为本领域常用溶剂，溶解的方法也比较简单，主要是结合了混合溶剂中几种组分间的协同作用，具有与生物质颗粒表面接触充分、协同催化等优点，能够将缠绕在纤维素外面的木质素破坏，使各组分能溶解在乙醇-水溶液中。

(2)本发明的混合溶剂，具有可循环利用的优点；

(3)本发明可溶解的木质纤维素原料为针叶林木粉、阔叶林木粉、作物秸秆、草等，原料种类广泛；

(4)本发明方法与现有技术相比，最大的优势在于，在上述体系中，木质纤维素在温和条件下实现全组分溶解，为木质纤维素全组分利用提供了条件。并且通过探索木质纤维素在全溶体系中分子结构演变规律，为定向解聚实现产物调控提供理论基础，为木质纤维素全组分利用开辟新途径。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1