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一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳中木质素的方法

文献发布时间:2024-04-18 20:01:55


一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳中木质素的方法

技术领域

本发明属于生物化工能源技术领域,更具体地说是涉及一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳木质素的方法。

背景技术

随着化石资源的过度开发和环境问题的日益恶化,开发利用可再生资源以实现人类社会可持续发展成为急需解决的问题,木质纤维素生物质被认为是分布最广、存储量最大、成本最低的可再生能源,可作为化石燃料的替代资源,具有极大的开发利用潜力和广阔的应用前景,油茶果壳就是一种产量丰富的可再生木质纤维素生物质原料,含有丰富的纤维素、木质素、半纤维素、茶皂素等物质。

木质素是一种储量仅次于纤维素的天然芳香族高分子生物质资源,可作为肥料、土壤改良剂、纸张增强剂、絮凝剂和粘结剂等,具有广阔的应用前景。

目前,我国每年产生百万吨计的油茶果壳,但绝大部分作为燃料被燃烧或作为废物被丢弃,造成环境污染、自然资源浪费等问题,传统木质素的提取方法有酸法、碱法、有机溶剂法、高沸醇法、离子液体法等,这些方法存在着木质素提取率低、木质素纯度低、化学活性低、提取成本高、能耗大并且易产生有毒物质等问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是:提供一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳中木质素的方法,通过采用双酸性低共熔溶剂、微波辅助的方法提高木质素提取率,缩短提取时间,减少能耗。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为:一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳中木质素的方法,包括如下步骤:

a、原料前处理:对油茶果壳粉依次进行如下处理:除杂、粉碎、脱脂和干燥,得到油茶果壳粉原料。

可以理解的是,其中粉碎步骤中粉碎后的颗粒粒径不大于187.5μm,粒径越小其与双酸性低共熔溶剂的接触面越大,因此反应更加充分,进而提高了木质素的提取率;此外,脱脂步骤中按每20克油茶果壳粉使用300ml的2:1的甲苯-乙醇混合溶液进行脱脂,油茶果壳粉脱脂后,可使木质素原料中的氢键和木质纤维素中的木质素-贪睡化合物复合体键裸露,从而提高提取率。

b、双酸性低共熔溶剂的制备:由

可以理解的是,双酸性低共熔溶剂包括:将氢键受体与氢键供体按比例加入烧杯中,并水浴加热搅拌,直至混合物变为透明均一的液体,即为双酸性地共荣溶剂,值得注意的是其中水浴温度为80℃±10℃;此外,氢键供体包括:甲酸、乙酸、丙酸和乳酸和氢键受体包括:氯化铁、氯化铜、氯化铝、氯化镁和氯化氢按一定摩尔比混合,值得一提的是,上述比例为1:4~1:1.2;此摩尔比环境下的溶液酸性较强,能有效断裂质素-碳水化合物复合物中的氢键和醚键,从而提高木质素的提取率。

c、微波加热:将步骤a得到的油茶果壳粉原料和步骤b得到的共熔溶剂按比例混合后放入微波反应仪中加热反应,得到混合溶液。

进一步的,步骤c中油茶果壳粉原料与双酸性低共熔溶剂的质量比为1:10~1:25(w/w);此外,微波加热过程中微波加热功率为60-110w,反应时间为8-12min。

d、抽滤、分离:将步骤c中得到的混合溶液进行第一次真空抽滤,取滤液旋蒸得到浓缩液,加入去离子水使木质素再生,进行第二次真空抽滤得到木质素。

进一步的,第一步真空抽滤过程包括:通过无水乙醇对滤出固体进行清洗,待滴出滤液变为无色,此标志清洗完毕;第二步真空抽滤包括:通过去离子水对滤出固体进行清洗。

e、冷冻、干燥:将步骤d得到的木质素密封冷冻干燥,恢复室温后放入烘箱干燥,得到木质素样品。

f、回收双酸性低共熔溶剂:对步骤d中第二次抽滤得到的滤液进行旋蒸,回收双酸性低共熔溶剂。

进一步的,在回收双酸性低共熔溶剂的步骤中:通过将第二次抽滤得到的滤液混合物进行组合,通过80℃水浴旋转蒸发去除水分,直到剩余的滤液保持20克,然后在105℃下干燥12个小时。

与现有技术相比,本发明的优点是:双酸性低共熔溶剂是由

微波辐射能产生热效应,致极性分子结构吸热后发生断键,使得提取率升高,微波加热可以消除热传导时存在于容器壁和反应体系之间的温度梯度,使体系达到均一温度从而减少副产物产生,且微波加热相较于传统加热方式,具有降低反应能耗,缩短反应时间的特点;

同时,也获得了高纯度、分子量小、具有较多活性官能团的木质素。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的实施例提供的微波辅助氯化锌/乳酸(1:8)在不同液料比条件下的木质素提取率图;

图2是本发明实施例中得到的木质素的凝胶色谱图;

图3是本发明实施例中得到的木质素的紫外可见吸收光谱图;

图4是本发明实施例中得到的木质素的红外光谱图;

图5是本发明实施例中得到的木质素的

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

在本发明的描述中,需要说明的是,对于方位词,如有术语“中心”,“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于叙述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作,不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外,如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征,在本发明描述中,“数个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

在本发明中,除另有明确规定和限定,如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;也可以是机械连接;可以是直接相连,也可以是通过中间媒介相连,可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

实施例1:

一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳木质素的方法,其特征在于,包括以下步骤:

a、原料前处理:对油茶果壳粉除杂、粉碎后粒径为187.5μm、按每20g油茶果壳粉使用300mL的2:1的甲苯-乙醇混合溶液进行脂、干燥,得到油茶果壳粉原料。

b、双酸性低共熔溶剂的制备:将

c、微波加热:将步骤a得到的脱脂油茶果壳粉和步骤b得到的双酸性低共熔溶剂按质量比1:20混合后放入设定微波反应功率为70W、微波反应时间为10min的微波反应中反应,得到混合溶液。

d、抽滤、分离:向步骤c的混合溶液中加入无水乙醇搅拌,随后进行第一次真空抽滤,固体残渣用无水乙醇连续洗涤,然后将滤液中的乙醇旋转蒸发完全后,加入去离子水使木质素再生,再进行第二次真空抽滤得到木质素。

e、冷冻、干燥:将步骤d得到的木质素密封冷冻干燥,干燥完恢复室温后放入烘箱干燥,得到木质素样品。

实施例2

一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳木质素的方法,其特征在于,包括以下步骤:

a、原料前处理:对油茶果壳粉除杂、粉碎后粒径为187.5μm、按每20g油茶果壳粉使用300mL的2:1的甲苯-乙醇混合溶液进行脂、干燥,得到油茶果壳粉原料。

b、双酸性低共熔溶剂的制备:将

c、微波加热:将步骤a得到的脱脂油茶果壳粉和步骤b得到的双酸性低共熔溶剂按质量比1:20混合后放入设定微波反应功率为90W、微波反应时间为10min的微波反应中反应,得到混合溶液。

d、抽滤、分离:向步骤c的混合液中加入无水乙醇搅拌,随后进行第一次真空抽滤,固体残渣用无水乙醇连续洗涤,然后将滤液中的乙醇旋转蒸发完全后,加入去离子水使木质素再生,再进行第二次真空抽滤得到木质素。

e、冷冻、干燥:将步骤d得到的木质素密封冷冻干燥,干燥完恢复室温后放入烘箱干燥,得到木质素样品。

实施例3

一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳木质素的方法,其特征在于,包括以下步骤:

a、原料前处理:对油茶果壳粉除杂、粉碎后粒径为187.5μm、按每20g油茶果壳粉需使用300mL的2:1的甲苯-乙醇混合溶液进行脂、干燥,得到油茶果壳粉原料。

b、双酸性低共熔溶剂的制备:将

c、微波加热:将步骤a得到的脱脂油茶果壳粉和步骤b得到的双酸性低共熔溶剂按质量比1:20混合后放入设定微波反应功率为70W、微波反应时间为8min的微波反应仪中反应,得到混合溶液。

d、抽滤、分离:向步骤c的混合液中加入无水乙醇搅拌,随后进行第一次真空抽滤,固体残渣用无水乙醇连续洗涤,然后将滤液中的乙醇旋转蒸发完全后,加入去离子水使木质素再生,再进行第二次真空抽滤得到木质素。

e、冷冻、干燥:将步骤d得到的木质素密封冷冻干燥,干燥完恢复室温后放入烘箱干燥,得到木质素样品。

实施例4

一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳木质素的方法,其特征在于,包括以下步骤:

a、原料前处理:对油茶果壳粉除杂、粉碎后粒径为187.5μm、按每20g油茶果壳粉需使用300mL的2:1的甲苯-乙醇混合溶液进行脂、干燥,得到油茶果壳粉原料。

b、双酸性低共熔溶剂的制备:将

c、微波加热:将步骤a得到的脱脂油茶果壳粉和步骤b得到的双酸性低共熔溶剂按质量比1:20混合后放入设定微波反应功率为分别为70W,微波反应时间为10min的微波反应仪中反应,得到混合液。

d、抽滤、分离:向步骤c的混合液中加入无水乙醇搅拌,随后进行第一次真空抽滤,固体残渣用无水乙醇连续洗涤,然后将滤液中的乙醇旋转蒸发完全后,加入去离子水使木质素再生,再进行第二次真空抽滤得到木质素。

e、冷冻、干燥:将步骤d得到的木质素密封冷冻干燥,干燥完恢复室温后放入烘箱干燥,得到木质素样品。

实施例5

一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳木质素的方法,其特征在于,包括以下步骤:

a、原料前处理:对油茶果壳粉除杂、粉碎后粒径为187.5μm、按每20g油茶果壳粉需使用300mL的2:1的甲苯-乙醇混合溶液进行脂、干燥,得到油茶果壳粉原料。

b、双酸性低共熔溶剂的制备:将

c、微波加热:将步骤a得到的脱脂油茶果壳粉和步骤b得到的双酸性低共熔溶剂按质量比1:20混合后放入微波反应仪,设定微波反应功率为70W,微波反应时间先后设为10min,得到混合液。

d、抽滤、分离:向步骤c的混合液中加入无水乙醇并搅拌,随后进行第一次真空抽滤,固体残渣用无水乙醇连续洗涤,然后将滤液中的乙醇旋转蒸发完全后,加入去离子水使木质素再生,再进行第二次真空抽滤得到木质素。

e、冷冻、干燥:将步骤d得到的木质素密封冷冻干燥,干燥完恢复室温后放入烘箱干燥,得到木质素样品。

实施例6

一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳木质素的方法,其特征在于,包括以下步骤:

a、原料前处理:对油茶果壳粉除杂、粉碎后粒径为187.5μm、按每20g油茶果壳粉需使用300mL的2:1的甲苯-乙醇混合溶液进行脂、干燥,得到油茶果壳粉原料。

b、双酸性低共熔溶剂的制备:将

c、微波加热:将步骤a得到的脱脂油茶果壳粉和步骤b得到的双酸性低共熔溶剂按质量比1:10、1:15、1:20、1:25混合后放入微波反应仪,设定微波反应功率为70W,微波反应时间为10min的微波反应仪中反应,得到混合液。

d、抽滤、分离:向步骤c的混合液中加入无水乙醇并搅拌,随后进行第一次真空抽滤,固体残渣用无水乙醇连续洗涤,然后将滤液中的乙醇旋转蒸发完全后,加入去离子水使木质素再生,再进行第二次真空抽滤得到木质素。

e、冷冻、干燥:将步骤d得到的木质素密封冷冻干燥,干燥完恢复室温后放入烘箱干燥,得到木质素样品。

实施例7

一种基于微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳木质素的方法,其特征在于,包括以下步骤:

a、原料前处理:对油茶果壳粉除杂、粉碎后粒径为187.5μm、按每20g油茶果壳粉需使用300mL的2:1的甲苯-乙醇混合溶液进行脂、干燥,得到油茶果壳粉原料。

b、双酸性低共熔溶剂的制备:将

c、微波加热:将步骤a得到的脱脂油茶果壳粉和步骤b得到的双酸性低共熔溶剂按质量比1:20混合后放入微波反应仪,设定微波反应功率为70W,微波反应时间为10min的微波反应仪中反应,得到混合液。

d、抽滤、分离:向步骤c的混合液中加入无水乙醇并搅拌,随后进行第一次真空抽滤,固体残渣用无水乙醇连续洗涤,然后将滤液中的乙醇旋转蒸发完全后,加入去离子水使木质素再生,再进行第二次真空抽滤得到木质素。

e、冷冻、干燥:将步骤d得到的木质素密封冷冻干燥,干燥完恢复室温后放入烘箱干燥,得到木质素样品。

f、双酸性低共熔溶剂的回收:将第二次抽滤得到的液体混合物进行组合,通过水浴条件旋转蒸发除去水分,直到剩余的滤液保持20g,然后在105℃下干燥12h。

计算实施例1-7中木质素的提取率:

计算方法:

式中:E代表木质素提取率(%);

M代表提取的木质素质量(g);

M0代表油茶果壳粉投加的质量(g);

WL代表油茶果壳粉中木质素含量(21.16%)。

计算实施例1-7中木质素的纯度:

计算方法:

式中:P代表木质素的纯度(%);

M1代表木质素投加的质量(mg);

M2代表Klason木质素的质量与滤纸质量之和(mg);

M3代表滤纸的质量(mg)。

实施例表明,微波辅助双酸性低共熔溶剂提取油茶果壳木质素体系的最佳分离提取条件为:双酸性低共熔溶剂种类为摩尔比1:8氯化锌/乳酸,微波时间为10min,微波功率为70W,液料比为1:20。油茶果壳木质素的提取率达96.5%,纯度可达89.7%

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明,但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例,其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

技术分类

06120116572341