[发明专利]一种离子液体转化秸秆制备低聚生物质材料的方法

说明书

本发明公开了一种离子液体转化秸秆制备低聚生物质材料的方法，步骤是：(1)秸秆的预处理：取玉米、小麦等秸秆洗涤除去杂质，干燥、搅碎、过筛获得秸秆小块；(2)将秸秆小块加入到仿酶功能离子液体，搅拌混匀，加热处理获得混合物；(3)生物质的转化：取步骤(2)中获得的混合物，加入添加剂和水，加入酶/仿酶混合保温、搅拌均匀，共同转化天然生物质，获得混合物。(4)深度处理与分离：取步骤(3)中获得的混合物用脉冲电场进行处理，冷却，采用植物提取物处理，然后用脉冲电场进行处理和分离，处理完后分步收集生物质各组分。本发明具有效率高、环境友好等诸多优点。

技术领域

本发明属于膜技术领域，涉及一种离子液体转化秸秆制备低聚生物质材料的方法。

背景技术

煤炭、石油等化石燃料属于不可再生的资源，并且日趋枯竭。面对不可再生资源短缺问题和环境污染问题，人们急切希望寻求环境友好、成本低廉的可再生材料替代化石燃料。生物质主要成分是纤维素、半纤维素、木质素和少量的二氧化硅，是碳和硅含量丰富的可再生资源。因此，以生物质为原料制备高性能生物材料和化学品的研究具有重要意义。

天然木质纤维素由纤维素(30％～50％)、半纤维素(20％～35％)和木质素(15％～35％)这三种主要组分组成，由于三种组分聚合度高，加上它们之间互相缠绕和包裹，形成复杂结构，在环境中十分稳定，从而形成了降解纤维素的强大障碍。美国能源部发布的一份名为“源自生物质的高附加值化学品”的报告，提出12种来源于生物质的碳类平台化合物，并将其形象地称为生物精炼的“积木”，再通过这些积木构建出更多的化合物，最终成为药物、精细化学品、材料、燃料等，被认为是解决资源危机的一种可行方案。但是目前还没有生物质材料类的平台材料，从综合利用原料各组分的观点出发，如果将生物质制备形成低聚纤维素，将为生物质的转化，制备成材料和化学品提供新的途径。离子液体法是破坏这种三组分互相缠绕的复杂结构的绿色方法。本项目拟建立离子液体和酶法的处理体系，破坏三种组分的高聚合度，解除互相缠绕和包裹的复杂结构，实现生物质直接制备低聚纤维素，作为平台物质作为进一步制备生物材料和化学品的中间体材料，将有利于促进生物质高值转化。

目前用于生产高附加值产品的生物质组分分离主要有3种基本方法。这些方法各有优缺点，但共同缺点是均不能控制获得的低聚生物质的组分，有的方法还会造成产物衍生化、有的需要强酸强碱或者高压反应器。第一种方式是“深度解聚”，利用酸性催化剂将生物质水解成二糖、三糖，但是没有获得其他四糖以上的低聚糖。例如，Luterbacher等2014年在Sicence上报道，利用γ-戊内酯(GVL)与稀硫酸可以将玉米秸秆、硬木和软木中的纤维素和半纤维素转化成水溶性的糖，同时木质素也被转化成了分子量较低的片段，反应结束后加入适量的氯化钠或者液态二氧化碳即可以通过相分离回收GVL，再向水溶液中过量加水可以把木质素和糖溶液分开。第二种方法是“去壳”，利用酸或碱的催化反应，使木质素和半纤维素形成可溶解的片段，同时避免纤维素发生剧烈的解聚，最后纤维素保留在生物质的基质中，制浆过程就是这种方式的应用，但是不能控制低聚生物质，只能获得葡萄糖、阿拉伯糖等单糖。第三种方法是“溶芯”，将纤维素和半纤维素以单糖的形式溶解，而将木质素保留在生物质基质中。通过酶或酸催化反应将他们完全水解成小分子糖类物质，便可以实现这种方式的组分分离。

综上所述，现有技术的缺点是不能控制低聚生物质的聚合度，会造成产物衍生化和大量的副产物，而且还没有研究将生物质三组分直接制备低聚纤维素(Oligocellulose)、半纤维素(Oligomeric hemicellulose)和低聚木质素(Oligomericlignin)。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种离子液体转化秸秆制备低聚生物质材料的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种离子液体转化秸秆制备低聚生物质材料的方法，包括如下步骤：

(1)秸秆的预处理：将秸秆洗涤除去杂质，干燥、搅碎、过筛，获得粒径≤0.2cm的秸秆小块；