[发明专利]羧基功能化离子液体溶液预处理木质纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明设计生物化学和化工技术领域，具体涉及一种利用羧酸功能化离子液体溶液预处理木质纤维素类生物质，选择性水解半纤维素从而达到分离与活化纤维素的目的。 

技术背景

随着化石资源的日益枯竭，以及使用化石资源带来的一系列环境问题，开发出一种新型的可再生能源是迫在眉睫。而木质纤维素类生物质作为农作物和林业废弃物的主要成分，是地球上可再生的生物质资源。我国是一个农业大国，全国农作物秸秆产量约6亿吨/年，其中可收集利用的纤维素约为3亿吨/年。而直接用于焚烧产热不但造成环境污染，也不能对其进行高效的利用，因此我们需将其分离以进行高效利用。 

现有的木质纤维素中半纤维素的去除方法主要是用浓酸水解，其中的酸会腐蚀设备且造成环境污染还不容易回收，并且在分离半纤维素的过程中也会造成部分纤维素的降解。此外，还有水热法，这种方法要在高温高压下进行，对设备的要求很高而且能耗大。因此开发一种新的环境友好的方法对半纤维素进行分离，再充分利用其中的纤维素和木质素，对于缓解日益严重的环境污染、改善资源结构、高质高效的利用木质纤维素原料油非常重大的意义。 

目前关于木质纤维素预处理和水解相关的专利如下： 

(1)由生物质水解制备还原性单糖的方法.公开(公告)号：CN 1432574； 

(2)从纤维素生物质活的产物糖流的方法.公开(公告)号：CN101023179； 

(3)生物质水解-反应萃取生产糠醛的方法.公开(公告)号：CN102627618A； 

(4)一种生物质预处理方法.公开(公告)号：CN 1824782； 

(5)一种生物质预处理方法.公开(公告)号：CN 102181506A； 

(6)一种生物质绿色高效预处理方法.公开(公告)号：CN 101586136A； 

(7)生物质预处理方法及生物质艳阳发酵制沼气的方法与设备.公开(公告)号：CN 101560525； 

(8)全新的生物质生产液体燃料技术.公开(公告)号：CN 1807554； 

(9)一种生物质预处理方法.公开(公告)号：CN 101775428A； 

(10)一种生物质预处理方法.公开(公告)号：CN 102433359A； 

(11)离子液体溶剂分离木质纤维素中木质素和纤维素的方法.公开(公 告)号：CN：101580522A。 

上述专利中，专利(1)～(5)中的预处理或水解技术，都是使用酸作为预处理试剂或者在处理过程中非常依赖酸，溶剂回收困难，酸的强腐蚀性对设备的要求很高。专利(6)和(7)使用使用水热法，需要在高温高压的条件下进行操作，不但耗能而且对设备的要求高。专利(8)使用微波和石灰或者氨水共处理的方法进行预处理，同样耗能。专利(9)和(10)使用酶法进行预处理，其中酶对环境的要求苛刻，而且使用酶的成本很高。 

利用纯离子液体预处理木质纤维素材料的文献及专利很多，但是离子液体价格较高，分离提纯，再生成本较高。因此，基于离子液体在生物质预处理方面的良好表现，开发高效，廉价的离子液体预处理技术具有重要的实际应用价值。 

公开的专利(11)使用离子液体水溶液进行预处理，选择性去除木质素，从而制备富纤维素样品。但是只包括侧链是烷基链离子液体，不包括侧链具有功能性基团的离子液体。 

本专利，基于离子液体可设计性的特点，同时考虑到醋酸对半纤维素的选择性水解催化作用，设计利用羧酸功能化离子液体与溶剂组成的混合体系，选择性水解半纤维素，从而实现木质纤维素三维结构解离，实现纤维素、木质素分离，获得富纤维素产品，可以用于造纸、医药卫生等领域，以及制备各种纤维素衍生产品。由于半纤维、木质素的去除，提高了纤维素与纤维素酶的接触面积，从而提高了富纤维素产品的酶解糖化效率。 

而本发明预处理条件温和，并且不需要额外加入酸作为催化剂，就能除去木质纤维素原料中的半纤维素，而且离子液体可以重复使用，该方法环保、廉价，能应用于工业化生产。 

发明内容

本发明旨在提供一种有效的、绿色的预处理木质纤维素生物质原料的方法来分离获得富纤维素产品、富木质素产品，富纤维素产品具有很好的酶解糖化效率。 

第一步：将羧酸功能化离子液体中的一种或二种以上，溶剂，木质纤维素类生物质原料加入反应釜，其中羧酸功能化离子液体与溶剂的质量比为1∶20～4∶1，混合体系中木质纤维素类生物质原料与液体样品质量比为1∶20～1∶2；