论文部分内容阅读
毛竹作为一种重要的生物质资源，是我国分布最广种植面积最大的竹种，具有巨大的应用潜质。然而目前毛竹作为化工原料方面应用还较少，主要原因是竹材与木材、秸秆相比，材质密度大、强度高并且硬度大，再加上竹材内纤维素、半纤维素和木质素的分布具有明显的不均匀性，导致竹材比木材、秸秆更加难以处理，从而大大降低了其利用效率。因此，本文选取绿色溶剂离子液体为主要溶剂，对毛竹进行选择性溶解和分离研究，为毛竹作为化工原料方面的应用提供理论基础。本文在传统的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐[BMIM]Br合成方法上进行了简化和改进，采用一锅法直接合成了[BMIM]Br。用一锅法合成的[BMIM]Br与乙醇、水按一定的比例构成混合溶剂，用来选择性溶解毛竹中的木质素，使纤维素能够较大程度的得以保留，从而达到分离的目的。同时选择文献报道中对木质纤维素有良好溶解性的离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐[AMIM]Cl，考察其对毛竹的溶解和分离效果。在前期对实验条件的单因素研究基础上，采用正交实验来优化溶解分离过程的工艺条件。实验结果表明，[BMIM]Br混合溶剂溶解分离的最佳条件为:反应温度190℃，反应时间5h,[BMIM]Br/C2H6O=3:7(v/v),水在溶剂中含量2%，此时毛竹溶解率可达54%。分离出的木质素纯度为91%，得率达到67%，纤维素纯度为85%，得率达到94%。[AMIM]Cl混合溶剂溶解的最佳条件为：反应温度190℃，反应时间5h,[AMIM]Cl/C2H6O=3:7(v/v),水在溶剂中含量4%，此时毛竹溶解率达到64%，分离出的木质素纯度为94%，得率达到66%，纤维素纯度为91%，得率达到80%。一锅法合成的离子液体[BMIM]Br在最佳工艺条件下的溶解分离过程纤维素得到了较大程度的保留，因此产物纤维素的得率要更高。同时用GPC、1H-NMR、FTIR、TG-DTG、HPLC等表征手段对分离产物进行分析，结果表明分离产物木质素和纤维素结构并没有发生很大变化；少量木质素发生了水解，半纤维素降解成为糖类残留在混合溶剂中。为了回收和再利用离子液体，本文采用两段式转化分离法分离离子液体中的糖类物质，在最佳工艺条件下糖分离率可达81%，转化产物糠醛得率达到50%。对糖分离后的离子液体进行了循环使用实验，结果表明回收离子液体可以进行多次的重复使用，重复使用效果较好。综上所述，本实验采用离子液体和乙醇、水构成混合溶剂体系，成功的选择性溶解和分离了毛竹各组分，分离效果优于传统的分离方法。同时回收了离子液体并取得了较好的重复利用效果。因此，本实验的离子液体混合溶剂体系在竹材的溶解和分离方向有一定的应用前景。