本發(fā)明專利技術首先提供一種新型的氨基酸類低共熔溶劑及其制備方法。所述氨基酸類低共熔溶劑，由摩爾比為1:9
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
采用生物質(zhì)“一鍋法”制備納米纖維素和木質(zhì)素的方法
[0001]本專利技術屬于材料領域，涉及一種生物質(zhì)納米纖維素和木質(zhì)素的制備方法，具體涉及利用氨基酸類低共熔溶劑從農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈中分離提取納米纖維素和疏水性木質(zhì)素的綠色工藝。
技術介紹
[0002]納米纖維素(NC)是通過分解纖維素纖維制備的一種生物可降解、可再生的納米填充物，可以產(chǎn)生低碳足跡。通常采用提取方法是通過預處理去除其他非纖維素成分，留下纖維素物質(zhì)進一步提取納米纖維素。木質(zhì)素是一種天然的芳香族聚合物，與纖維素和半纖維素共同構(gòu)成植物的骨架結(jié)構(gòu)。由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)復雜，難以提取分離，目前僅5％的木質(zhì)素被利用，相比于纖維素和半纖維素，木質(zhì)素的利用率較低。作為纖維素和木質(zhì)素共同來源的木質(zhì)纖維素材料中，半纖維素將纖維素完全包裹，木質(zhì)素分布在半纖維素間，形成一種堅固的結(jié)構(gòu)。而這種堅固的結(jié)構(gòu)為木質(zhì)纖維素材料中納米纖維素、木質(zhì)素和半纖維素的分離和利用帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
[0003]目前，工業(yè)上分離提取纖維素和木質(zhì)素的方法主要是酸堿處理法，該方法不僅對環(huán)境造成了巨大的污染，還會在處理過程中腐蝕設備。為了解決這一問題，研究人員提出了離子液體/低共熔溶劑預處理法，即采用離子液體或者低共熔溶劑處理溶解生物質(zhì)中的纖維素材料或非纖維素成分，從而達到分離纖維素和非纖維素成分的目的。低共熔溶劑(DES)通常由2個或3個便宜且安全的成分組成，這些成分能夠通過氫鍵相互作用相互締合，形成低共熔混合物。所得DES的特征在于：(1)熔點低于每個單獨組分的熔點；(2)凝固點大大降低，在低于150℃的溫度下呈液態(tài)；(3)無毒、成本低。低共熔溶劑法就是利用DES兼具離子液體和有機溶劑的優(yōu)良特性，對木質(zhì)素有良好的溶解性。
[0004]目前，低共熔溶劑法往往采用氯化膽堿類低共熔溶劑處理木質(zhì)纖維素材料，達到分離納米纖維素和木質(zhì)素的目的。氯化膽堿類低共熔溶劑以氯化膽堿為氫鍵受體，各類有機酸為氫鍵供體；該類低共熔溶劑具有較強的木質(zhì)素溶解能力和不錯的纖維素純化效果。然而，該類低共熔溶劑的氯化膽堿中氯離子的存在，使得負電荷分布過于集中，需要較高的溫度才能達到其熔點與纖維充分作用，此時的熱解產(chǎn)物可能造成纖維變性，并產(chǎn)生有毒金屬鹵化物，同時在使用過程中會造成儀器的腐蝕和設備的老化。
[0005]綜上，目前亟需一種高效無污染的從農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈中提取具有高水分散性的納米纖維素和疏水性木質(zhì)素的方法，尚未見相關報道。
技術實現(xiàn)思路
[0006]針對現(xiàn)有技術中從木質(zhì)纖維原料中分離提取纖維素和木質(zhì)素所存在的問題，本專利技術提供一種新型的氨基酸類低共熔溶劑，具備綠色、無毒、穩(wěn)定的特點。本專利技術還提供了采用所述低共熔溶劑預處理農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈的方法。所述方法實現(xiàn)了“一鍋法”制備高水分散性納米纖維素和疏水性木質(zhì)素，不但工藝步驟少，操作簡單，而且得率高，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)業(yè)
化應用前景廣闊，具備經(jīng)濟效益。
[0007]本專利技術的技術方案：采用生物質(zhì)“一鍋法”制備納米纖維素和木質(zhì)素的方法，包括以下步驟：
[0008](1)配制氨基酸類低共熔溶劑：將氨基酸氫鍵受體和有機酸氫鍵供體按照1:9
?
1:13摩爾比在60
?
100℃的溫度條件下攪拌至形成澄清透明的溶液，即得到氨基酸類低共熔溶劑DES
AO
；所述的氨基酸氫鍵受體為甘氨酸、脯氨酸、亮氨酸、丙氨酸中的一種或兩種；所述的有機酸氫鍵供體為乳酸、蘋果酸、檸檬酸、草酸等中的一種或兩種。
[0009](2)秸稈預處理：將秸稈粉碎至合適粒徑得到秸稈粉末，然后加入至步驟(1)制備的DES
AO
中，在125
?
135℃的溫度條件下攪拌反應3
?
4h后，靜置降溫至室溫；采用真空抽濾設備分離沉淀物和上清液，沉淀物用于制備納米纖維素；上清液用于木質(zhì)素的提取。其中，秸稈粉末與DES
AO
的液質(zhì)比為20:1
?
30:1；所述秸稈粉末的粒徑為200
?
400μm；所述的秸稈為玉米秸稈、煙草秸稈、小麥秸稈和水稻秸稈中的一種或幾種。
[0010]本申請采用的低共熔溶劑對木質(zhì)素具備良好的溶解性能力，同時幾乎不溶解纖維素，因此實現(xiàn)了高效分離纖維素和木質(zhì)素的目的。同時，采用本申請所述的低共熔溶劑分離木質(zhì)素和纖維素的過程中，秸稈纖維素不僅得到了充分的溶脹，而且依靠低共熔溶劑的酸性使秸稈纖維素的非定型部分結(jié)構(gòu)發(fā)生部分斷裂，減小了納米纖維素制備的阻力，進而實現(xiàn)納米纖維素制備的高效率。與直接利用商品化纖維素制備納米纖維素的工藝相比，不但得率高，而且成本大大降低。
[0011](3)沉淀物處理：將步驟(2)得到的沉淀物與漂白液按1:30的料液比混合，在70
?
80℃的溫度條件下漂白處理2
?
3h后。漂白處理完成后，采用真空抽濾裝置分離出漂白后的沉淀物并清洗至中性，得到純白色的沉淀物，即纖維素。其中，所述的漂白液具體為：等量(V/V)的醋酸緩沖液(27g NaOH和75mL乙酸，用蒸餾水稀釋至總體積為1L)和1.7wt％NaClO2溶液組成的溶液。本步驟制備纖維素的得率最高可達26.8％，且純度不低于95％。
[0012](4)制備納米纖維素：將步驟(3)得到的纖維素分散于水中，并在200
?
600Bar的壓力下高壓均質(zhì)循環(huán)30
?
100次，得到納米纖維素。其中，纖維素在水中的濃度為0.2wt％
?
2wt％。與超聲破碎相比，本申請采用的高壓均質(zhì)不但成本低、破碎效率高，更易大規(guī)模化生產(chǎn)。此外，本專利技術制備的納米纖維素較為均一、在水中能穩(wěn)定分散；不但能夠以高濃度納米纖維素分散液液體形式儲存，而且稀釋后納米纖維素依舊穩(wěn)定，因此不需要冷凍干燥，從而降低了納米纖維素的生產(chǎn)成本。
[0013](5)提取木質(zhì)素：將步驟(2)收集的上清液與水按照體積比1:10混合，然后于2
?
4℃條件下靜置9
?
10h；采用真空抽濾裝置分離沉淀并清洗至清洗液pH為中性，得到木質(zhì)素，并收集上清液。本申請在提取木質(zhì)素的過程中未使用任何的有機溶劑，與現(xiàn)有技術相比，不僅簡化了木質(zhì)素的繁瑣制備過程，還符合綠色化學理念。本步驟制備木質(zhì)素的得率最高可達14.7％，且純度不低于98％。(6)回收低共熔溶劑：將步驟(5)得到的上清液于80℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，去除水分子，得到回收DES
AO
。回收獲得的DES
AO
可再次用于農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈的處理。
[0014]一種氨基酸類低共熔溶劑，由摩爾比為1:9
?
1:13的氨基酸氫鍵受體和有機酸氫鍵供體組成。其中，所述的氨基酸氫鍵受體為甘氨酸、脯氨酸、亮氨酸、丙氨酸中的一種或兩種；所述的有機酸氫鍵供體為乳酸、蘋果酸、檸檬酸、草酸等中的一種或兩種。
[0015]如前所述的氨基酸類低共熔溶劑的制備方法，包括以下步驟：按照摩爾比1:9
?
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【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.采用生物質(zhì)“一鍋法”制備納米纖維素和木質(zhì)素的方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）配制氨基酸類低共熔溶劑：將氨基酸氫鍵受體和有機酸氫鍵供體按照1:9
?
1:13摩爾比在一定溫度條件下攪拌至形成澄清透明的溶液，即得到氨基酸類低共熔溶劑DES
AO
；所述的氨基酸氫鍵受體為甘氨酸、脯氨酸、亮氨酸、丙氨酸中的一種或兩種；所述的有機酸氫鍵供體為乳酸、蘋果酸、檸檬酸、草酸等中的一種或兩種；（2）秸稈預處理：將秸稈粉碎至合適粒徑得到秸稈粉末，然后加入至步驟（1）制備的DES
AO
中，在125
?
135℃的溫度條件下攪拌反應3
?
4 h后，靜置降溫至室溫；分離沉淀物和上清液；（3）沉淀物處理：將步驟（2）得到的沉淀物與漂白液按一定的料液比混合，在70
?
80℃的溫度條件下漂白處理2
?
3 h后；分離沉淀物并清洗，得到純白色的沉淀物，即纖維素；（4）制備納米纖維素：將步驟（3）得到的纖維素分散于水中，并在200
?
600 Bar的壓力下高壓均質(zhì)循環(huán)30
?
100次，得到納米纖維素；（5）提取木質(zhì)素：將步驟（2）收集的上清液與水按照一定體積比混合，然后于2
?
4℃條件下靜置9
?
10 h，分離沉淀并清洗，得到木質(zhì)素，并收集上清液；（6）回收低共熔溶劑：將步驟（5）得到的上清液于80℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到回收DES
AO
。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“一鍋法”制備納米纖維素和木質(zhì)素的方法，其特征在于：步驟（1）所述的溫度為60
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【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：顏麗，呂蘭英，萬翠英，
申請(專利權(quán))人：青島先為納米材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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