[发明专利]一种复合离子液体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合离子液体及其制备方法和应用，所述复合离子液体是由以下组分：90～110质量份的1‑丁基‑3‑甲基咪唑氯盐与5～15质量份的联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二氯盐和5～15质量份的联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐混合得到。实验表明：本发明所述的复合离子液体可显著降低纤维素的溶解温度、溶解时间、提高纤维素的溶解度，显著降低纤维素的降解率，对纤维素具有优异的溶解性能，可用于纤维素溶解；另外，本发明所述的制备工艺经济实用，制备过程简单，成本低廉，无需使用任何有机溶剂，环境友好无污染，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现工业化生产，具有极强的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种离子液体及其制备方法和应用，具体说，是涉及一种复合离子液体及其制备方法和其在纤维素溶解中的应用。

背景技术

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50％以上，是自然界最丰富的天然有机物之一。纤维素主要来源于植物，例如棉花、木材、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮等，其中棉花的纤维素含量接近100％，为天然的最纯纤维素来源，而一般木材中，纤维素占40～50％，还有10～30％的半纤维素和20～30％的木质素。

作为一种可降解的绿色生物材料，天然纤维以其质轻、可降解、价廉、高模量、高强度等优越的性能，逐渐发挥越来越重要的作用。纤维素由于自身聚集态结构的特点，即分子内、分子间均存在大量的氢键，同时又具有较高的结晶度，使得纤维素在常规的溶剂(如水和大多数有机溶剂等)中难以溶解，限制了其进一步的开发和利用。因此，通过开发有效的纤维素溶剂来溶解纤维素，以得到纤维素溶液，从而实现纤维素的再生和功能化，是有效利用纤维素的一条重要途径，将给纤维素工业带来很大的变革。

目前已经开发一些纤维素溶剂体系，包括N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)、N,N-二甲基甲酰胺/四氧化二氮(DMF/N2O4)、N-甲基-N-氧吗啉(NMMO)，二甲基亚砜/四丁基氟化铵(DMSO/TBAF)及以及熔盐水合物(如LiClO₄·3H₂O、LiSCN·2H₂O)，但这些溶剂系统或多或少存在毒性强、成本高、溶剂难以回收利用和使用过程中不稳定等缺点，不适于工业化生产。

在一定条件下，纤维素会与水发生反应，反应时氧桥断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变成短链分子，直至氧桥全部断裂，变成葡萄糖。因此目前有许多采用水解法制备纤维素溶液的相关报道，目前的水解法通常是采用无机酸水解纤维素，所用的无机酸有硫酸、盐酸、磷酸等，其中硫酸最常用，也有人将硫酸和盐酸以一定比例配合使用。但是无机酸水解法制备纤维素溶液具有耗酸量较大、废液难处理、产物洗涤的耗水量大、污染严重、成本高的缺点，不适于工业化生产。

因此寻找合适的溶剂，并将纤维素经济环保地溶解加工一直是人们追求的目标。离子液体是一种在室温或近室温下液态存在的盐，它兼具液体的流动性和盐类的化学活性，并具有许多独特的性质，如结构可设计、液程范围宽、接近于零的蒸汽压、不可燃、具有高的热稳定性和化学稳定性等。离子液体目前在分离过程、催化、有机合成、电化学等方面研究已取得许多进展，并被认为是一种绿色合成和清洁生产中具有广阔应用前景的新型环境友好的绿色介质。

最近几年，离子液体用于纤维素的溶解和加工已引起了人们广泛的关注。以离子液体为介质制备再生纤维素材料，具有对环境友好、生产周期短、溶剂回收方便等优势，是一种很有潜力的纤维素加工新方法。中国专利CN 200610078784.5、CN200680012598.X、CN200710085298.0、CN201310158819.6等专利中都分别公开了离子液体溶解纤维素的方法，但是上述专利溶解纤维素的离子液对纤维素的溶解性能还不是很好：溶解过程中溶解温度较高，通常在100℃左右，甚至高达150℃；溶解时间较长，通常在2～48小时，甚至高达72小时；溶解度较低；另外在溶解过程中纤维素有一定程度的降解；严重限制了其工业化生产。

为了提高离子液体对纤维素的溶解性，目前主要采取两种方式：