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1、(10)申请公布号 CN 102733224 A(43)申请公布日 2012.10.17CN102733224A*CN102733224A*(21)申请号 201210203662.X(22)申请日 2012.06.20D21C 5/00(2006.01)(71)申请人合肥工业大学地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路193号(72)发明人郑志 李超孟 杨培周 姜绍通李兴江 罗水忠 蔡克周(74)专利代理机构合肥金安专利事务所 34114代理人金惠贞(54) 发明名称一种离子液体分离玉米芯纤维素的方法(57) 摘要本发明涉及一种离子液体分离玉米芯纤维素的方法。以氯丙烯和1-甲基咪唑为原料。
2、合成离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐，通过其对纤维素的高溶解性来分离提取玉米芯中的纤维素。该方法包括玉米芯的预处理、木质素的脱除、纤维素的分离和纤维素的提取等步骤，玉米芯的纤维素提取率在18.35%左右。此法提取的玉米芯纤维素纯度高，纤维素的成膜特性好。本发明采用绿色溶剂离子液体作为溶解介质，可以回收循环再利用，符合绿色生产的要求。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页1/1页21.一种离子液体分离玉米芯纤维素的方法，其特征在于包括以下操作步骤：（1）原料处理将玉米芯。
3、晒干，使水分含量低于6%；粉碎机粉碎5min30min，每粉碎2 min，停机1 min；粉碎物过40目60目筛；蒸馏水浸泡12h，过滤，干燥，得到玉米芯颗粒；（2）木质素脱除按质量体积比1:20将玉米芯颗粒和浓度1.5%2.5%的氢氧化钠（NaOH）溶液混合均匀，在温度105125下溶解处理60 min90 min，过滤，滤渣用蒸馏水清洗3次，80充分真空干燥，得到玉米芯棕纤维素；所述玉米芯棕纤维素为脱除木质素后剩余组分的总称，包含纤维素、半纤维素和部分木质素；（3）纤维素溶解将离子液体在温度90下，真空干燥24 h；按重量百分比1:1020将玉米芯棕纤维素和离子液体混合均匀，在温度7013。
4、0下溶解30 min120 min，溶解过程在氮气环境中进行，形成均一稳定的混合溶液；所述离子液体为在氮气保护下，将摩尔比为1:1.4的烯丙基氯和1-甲基咪唑混合60下反应10h合成离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐，其纯度在95%以上；（4）纤维素分离离心处理所述混合溶液，收集上清液，向上清液中加入10 mL70 mL的沉淀剂，所述沉淀剂为无水乙醇或去离子水；静置210h，离心处理，收集沉淀物，用去离子水洗涤三次，温度80真空干燥1236h，得到玉米芯纤维素；玉米芯纤维素颜色白皙、纯度高达90%以上、纤维素膜结构致密、表面光滑。2.根据权利1所述的一种离子液体分离玉米芯纤维素的方法，其特征。
5、在于：步骤（4）两次离心处理的转速均为15000r/min，时间15min。权 利 要 求 书CN 102733224 A1/4页3一种离子液体分离玉米芯纤维素的方法技术领域0001 本发明属于高纯度纤维素的制备方法，具体涉及玉米芯纤维素的分离工艺。背景技术0002 我国玉米秸秆、玉米芯、蔗渣、麦秸、稻秸等农作物秸秆资源丰富，是可开发转化的重要生物质资源，目前均未得到充分利用。玉米芯中纤维素和半纤维素总含量超过70%，多被作为农业废料燃烧掉，造成资源浪费和环境污染。纤维素作为自然界赐予人类的最丰富的可再生高分子物质，其有效利用对全球经济的可持续发展具有积极意义。溶解纤维素的溶剂非常多，如粘胶溶。
6、液和铜氨溶液为目前工业应用较多的溶解纤维素的溶剂。其中粘胶法是主要的生产方法，但是工艺能耗较高，在生产中会产生大量的废水和废气，环境污染较严重。0003 离子液体作为一种新型的环境友好型溶剂，其良好的性质受到众多研究者的青睐，广泛应用于分离萃取、有机无机催化等。离子液体阴阳离子之间作用力较小，熔点较低，室温下多呈液态，致使其具有独特的理化性质。离子液体室温具有较宽的液态温度变化范围，其在300左右才开始大量的热分解，具有非常好的稳定性；常温下较低的饱和蒸汽压，使其不易挥发造成污染；其可设计性强，可以满足不同行业体系的需求。在生物质分离和纤维素提取中，应用较多的为咪唑类离子液体，其对溶解和液化纤。
7、维素有较好的效果。近年来，离子液体在生物质组分分离中的工艺研究已引起了人们的重视。0004 目前，生物质的资源利用，多采用传统的酸碱预处理，工艺较落后，环境污染较严重。而离子液体对纤维素的优良溶解效果已被广泛证实，离子液体对纤维素的溶解度有的甚至可达到35%。目前，离子液体的研究多针对纤维素的衍生化研究，也有文献报道其预处理对生物质原料的酶水解有较好的促进作用。在生物质的组分分离上面的应用并未见到较为系统的分离工艺研究。发明内容0005 为了提高玉米芯纤维素的提取纯度和品质，提高纤维素的酶解糖化效率，本发明提供一种离子液体制备玉米芯纤维素的方法。0006 本发明的技术解决方案如下：离子液体分离。
8、玉米芯纤维素的具体操作步骤如下：（1）原料处理将玉米芯晒干，使水分含量低于6%；粉碎机粉碎5min30min，每粉碎2 min，停机1 min；粉碎物过40目60目筛；蒸馏水浸泡12h，过滤，干燥，得到玉米芯颗粒；（2）木质素脱除按质量体积比1:20将玉米芯颗粒和浓度1.5%2.5%的氢氧化钠（NaOH）溶液混合均匀，在温度105125下溶解处理60 min90 min，过滤，滤渣用蒸馏水清洗3次，80充分真空干燥，得到玉米芯棕纤维素；所述玉米芯棕纤维素为脱除木质素后剩余组分的总说 明 书CN 102733224 A2/4页4称，包含纤维素、半纤维素和部分木质素；（3）纤维素溶解将离子液体在温。
9、度90下，真空干燥24 h；按重量百分比1:1020将玉米芯棕纤维素和离子液体混合均匀，在温度70130下溶解30 min120 min，溶解过程在氮气环境中进行，形成均一稳定的混合溶液；所述离子液体为在氮气保护下，将摩尔比为1:1.4的烯丙基氯和1-甲基咪唑混合60下反应10h合成离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐，其纯度在95%以上；（4）纤维素分离离心处理所述混合溶液，收集上清液，向上清液中加入10 mL70 mL的沉淀剂，所述沉淀剂为无水乙醇或去离子水；静置210h，离心处理，收集沉淀物，用去离子水洗涤三次，温度80真空干燥1236h，得到玉米芯纤维素；玉米芯纤维素颜色白皙、纯度高达。
10、90%以上、纤维素膜结构致密、表面光滑。0007 步骤（4）两次离心处理的转速均为15000r/min，时间15min。0008 本发明的有益技术效果体现在以下方面；(1) 本发明的方法与现有技术不同，现有技术多采用高温酸碱处理玉米芯，实现其高效酶解，本发明提出将玉米芯三种组分分离，从而排除木质素和半纤维素对纤维素酶解的影响；(2) 本发明的方法与现有技术不同，现有技术多采用酸碱方法分离纤维素，具有工艺复杂、污染环境等缺点，本发明采用绿色溶剂离子液体作为溶解介质，离子液体可以回收循环再利用，符合绿色生产的要求；(3) 本发明得到的玉米芯纤维素成膜特性较好，不同于酸碱所得的纤维素表面粗糙，本发明。
11、所得纤维素膜结构致密，表面光滑。附图说明0009 图1为玉米芯纤维素放大1000倍的SEM图。0010 图2为玉米芯纤维素放大2000倍的SEM图。0011 图3为玉米芯纤维素放大5000倍的SEM图。0012 图4为玉米芯纤维素放大5000倍的截面SEM图。具体实施方式0013 下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。0014 实施例1：（1）原料处理玉米芯原料收回，太阳下晒干使水分含量低于6%；通过高速多功能粉碎机粉碎5min30min，每粉碎2 min，间隔1 min；粉碎物过40目60目筛；蒸馏水浸泡1.5h，过滤，干燥，得到玉米芯颗粒；（2）木质素脱除将粉碎得到的40目60目玉米芯原。
12、料同浓度2%的NaOH溶液混合均匀，组成质量体积比为1:20的混合液，在115下溶解处理90 min。处理结束，过滤，滤渣用蒸馏水清洗3说 明 书CN 102733224 A3/4页5次，80充分真空干燥，得到玉米芯棕纤维素；（3）纤维素溶解离子液体在90下，真空干燥24 h；将玉米芯棕纤维素同离子液体混合均匀，组成重量百分比为1: 20的混合液，在110温度下溶解70 min，形成均一稳定的混合溶液；离子液体为在氮气保护下，将摩尔比为1:1.4的烯丙基氯和1-甲基咪唑置于圆底烧瓶中，60下反应10h合成离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐，其纯度在95%以上；（4）纤维素分离转速15000r。
13、/min条件下离心处理步骤（3）所得纤维素-离子液体混合溶液15min，收集上清液，向上清液加入60mL的无水乙醇，静置5 h；转速15000r/min条件下第二次离心处理15min，收集沉淀，用去离子水洗涤三次，温度80真空干燥24小时，得到玉米芯纤维素，溶解率为18.35%。0015 所得的玉米芯纤维素颜色白皙、纯度为92.32%、品质好，纤维素膜结构致密、表面光滑，见附图。图1为放大1000倍后的纤维素膜，从图中可以看出纤维素膜自由面致密均匀，有部分残渣小碎片粘于表面；图2为放大2000倍的纤维素膜图，膜的局部有部分突起，自由面较光滑，没有孔洞，结构致密；图3、图4为放大5000倍的纤维。
14、素膜自由面和断裂面图，从图中可以看出纤维素膜的结构从内部到表面均致密均匀，与酸碱法得到的再生纤维素具有多孔结构不同。0016 实施例2（1）原料处理玉米芯原料收回，太阳下晒干使水分含量低于6%；通过高速多功能粉碎机粉碎5min30min，每粉碎2 min，间隔1 min；粉碎物过40目60目筛；蒸馏水浸泡1.5h，过滤，干燥，得到玉米芯颗粒；（2）木质素脱除将粉碎得到的40目60目玉米芯原料同浓度1.5%的NaOH溶液混合均匀，组成质量体积比为1:20的混合液，在125下溶解处理90 min。处理结束，过滤，滤渣用蒸馏水清洗3次，80充分真空干燥，得到玉米芯棕纤维素；（3）纤维素溶解离子液体在。
15、90下，真空干燥24h；将玉米芯棕纤维素同离子液体混合均匀，组成重量百分比为1: 15的混合液，在100温度下溶解90 min，形成均一稳定的混合溶液；所述离子液体为在氮气保护下，将摩尔比为1:1.4的烯丙基氯和1-甲基咪唑置于圆底烧瓶中，60下反应10h合成离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐，其纯度在95%以上；（4）纤维素分离转速15000r/min条件下离心处理步骤（3）所得纤维素-离子液体混合溶液15min，收集上清液，向上清液加入70mL的无水乙醇，静置5 h，转速15000r/min条件下第二次离心处理15min，收集沉淀，用去离子水洗涤三次，温度80真空干燥24小时，得到玉米芯。
16、纤维素，溶解率为16.35%。0017 所得的玉米芯纤维素颜色白皙、纯度为91.74%、品质好，纤维素膜结构致密、表面光滑。0018 实施例3说 明 书CN 102733224 A4/4页6玉米芯纤维素的分离方法包括如下步骤：（1）原料处理玉米芯原料收回，太阳下晒干使水分含量低于6%；通过高速多功能粉碎机粉碎5min30min，每粉碎2 min，间隔1 min；粉碎物过40目60目筛；蒸馏水浸泡1.5h，过滤，干燥，得到玉米芯颗粒；（2）木质素脱除将粉碎得到的40目60目玉米芯原料同浓度2%的NaOH溶液混合均匀，组成质量体积比为1:20的混合液，在110下溶解处理90 min。处理结束，过滤。
17、，滤渣用水清洗3次，80充分真空干燥，得到玉米芯棕纤维素；（3）纤维素溶解离子液体在90下，真空干燥24 h；将玉米芯棕纤维素同离子液体混合均匀，组成重量百分比为1:10的混合液，在105温度下溶解100min，形成均一稳定的混合溶液；所述离子液体为在氮气保护下，将摩尔比为1:1.4的烯丙基氯和1-甲基咪唑置于圆底烧瓶中，60下反应10h合成离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐，其纯度在95%以上；（4）纤维素分离转速15000r/min条件下离心处理步骤（3）所得纤维素-离子液体混合溶液15min，收集上清液，向上清液加入60mL的无水乙醇，静置5 h，转速15000r/min条件下第二次离心处理15min，收集沉淀，用去离子水洗涤三次，温度80真空干燥24小时，得到玉米芯纤维素，溶解率为17.16%。0019 所得的玉米芯纤维素颜色白皙、纯度为91.52%、品质好，纤维素膜结构致密、表面光滑。说 明 书CN 102733224 A1/2页7图 1图 2说 明 书 附 图CN 102733224 A2/2页8图 3图 4说 明 书 附 图CN 102733224 A。