[发明专利]一种绿色溶剂快速、高得率分离木质素的方法

说明书

本发明提供了一种绿色溶剂快速、高得率分离木质素的方法，包括以下步骤：(1)将第一氢键供体、第二氢键供体与氢键受体混合加热得到均相透明的三元低共熔溶剂；(2)将木质纤维素原料加入步骤(1)所述三元低共熔溶剂中进行加热处理后得浆液；(3)向步骤(2)中所得浆液中加入丙酮水溶液搅拌，随后过滤得滤液，再用丙酮水溶液将滤渣洗涤至洗涤液无色，合并滤液与洗涤液；(4)进行蒸发浓缩，再进行萃取，加饱和食盐水中再生，最终得木质素。本发明的工艺操作简便，成本低廉，环境友好。

技术领域

本发明属于木质纤维素利用技术领域，特别涉及一种从木质纤维素中分离木质素的方法。

背景技术

木质纤维素是地球上储量极其丰富的可再生资源，木质素是其主要组分之一，主要由紫丁香基丙烷(S单元)、愈创木基丙烷(G单元)及对羟苯基丙烷(H单元)组成。木质素是地球上唯一可再生的芳香族聚合物，具有部分替代石化资源的潜能。其含有酚羟基、醇羟基及羰基等活性基团，可用于生产木质素胶黏剂、聚氨酯等材料；木质素中还含有数量不等的醚键，可通过加氢催化生产酚类单体。但木质纤维素结构复杂，其中木质素与半纤维素及纤维素存在氢键等相互作用力，这为木质素的快速可控及高得率分离带来了极大挑战。

目前主要的木质素分离方式有化学法(酸法、碱法、有机溶剂法、离子液体法及低共熔溶剂法)、物理法(球磨法和高压均质法等)、生物法(酶法)及其他辅助方法(超声辅助、球磨辅助及微波辅助等)等，以及上述方法的复合。中国发明专利CN110172160A公开了一种使用绿色溶剂从农林废弃物中分离高纯木质素的方法，具体步骤为：采用低共熔溶剂在140℃条件下处理农林废弃物2小时，反应结束后迅速冷却并离心分离反应液，通过向上清液中加入去离子水的方式沉淀出木质素，得率为70％。中国发明专利CN110527111A采用乳酸/氯化锌溶剂体系处理木质纤维素3小时，处理温度为110℃，随后向反应结束后的体系中加入乙醇以稀释反应液，经固液分离所得液体除去乙醇，之后滴加到去离子水中再生得到木质素，得率为73.3％。

然而现有技术至少存在以下不足：分离时间较长，木质素得率普遍低于80％，所得木质素分子量较大，无法大量溶解于常见有机溶剂，木质素处理所用的溶剂回收耗费能源较多，不利于提高工艺的经济效益和环境效益。

发明内容

鉴于当前木质素分离提取过程中存在的技术问题，即现在的二元酸性低共熔溶剂提取方法多存在耗时较长，提取率较低等不足，造成该现象的主要原因有：提取过程较长，木质素在处理过程中被过度降解，导致无法进行完全地回收。本发明采用新型的三元低共熔溶剂，其中第一氢键供体如甲酸、乙醛酸及丙酮酸可在第二氢键供体如对甲苯磺酸的催化下与木质素生成缩醛结构，抑制木质素过度降解，且第二氢键供体具有与木质素类似的苯环结构，可以促进木质素的溶出。基于此，选择第一氢键供体及第二氢键供体与氢键受体合成三元低共熔溶剂，可实现快速、高得率地分离木质素。

本发明提供了一种绿色溶剂快速、高得率分离木质素的方法，包括以下步骤：

(1)将木质纤维素原料与三元低共熔溶剂混合加热处理得浆液；

其中，所述三元低共熔溶剂的制备方法如下：将第一氢键供体、第二氢键供体与氢键受体混合，50℃～70℃加热1～3小时，搅拌频率为300～800转/分，得到均相透明的三元低共熔溶剂；优选地，于55℃～65℃加热1.5～2.5小时，搅拌频率为400～600转/分；

(2)向步骤(1)中所得浆液中加入丙酮水溶液搅拌，随后过滤得滤液，再用丙酮水溶液洗涤残渣，合并滤液与洗涤液得初提混合液；

(3)将初提混合液蒸发浓缩，再对其进行萃取，优选地萃取重复二至四次；

(4)将步骤(3)得到的萃取液浓缩，滴加至剧烈搅拌的饱和食盐水中再生，随后过滤得固体残渣即得；进一步，还包括将过滤所得固体经冷冻干燥。优选地，加入饱和食盐水后搅拌过夜析出固体。

更进一步地还包括对所述固体残渣进行冷冻干燥。