離子液體用於非木材纖維製漿機理與動力學研究

項目摘要

離子液體是新型的綠色溶劑,有蒸氣壓低、不易燃、熱穩定性好、可循環利用等特點。採用離子液體替代傳統有機溶劑進行非木材纖維原料製漿，可解決傳統製漿方法中的高壓、高溫、溶劑回收、生理毒理性、黒液污染以及木質素的套用等問題，實現常壓、快速、溫度低和無污染的綠色環保製漿。前期已對離子液體的合成以及對生物質的溶解特性進行了多方面的研究，對離子液體用於非木材纖維製漿也進行了初步研究探討，結果表明選擇低成本、功能性高的離子液體製漿可加速製漿過程的木質素溶解。擬在基金支持下確定離子液體非木材纖維製漿新過程，深層次探討蒸煮製漿理論，推斷木素功能基及結構的變化規律，通過脫木素動力學和碳水化合物降解動力學研究，揭示蒸煮過程的物理化學反應規律以及蒸煮過程漿料中碳水化合物和木素的溶出規律，為製漿工藝過程控制提供理論支持，從而獲得期望的紙漿質量。離子液體非木材纖維原料製漿方法的研究，也為生物質精煉和清潔製漿奠定基礎。

結題摘要

本項目採用離子液體替代傳統有機溶劑進行了非木材纖維原料製漿研究。離子液體做為蒸煮溶劑進行的麥草、稻草原料製漿，具有常壓、快速、溫度低和無污染綠色環保等特點。合成製備了離子液體①溴化1-甲基-3-乙基咪唑[Emim]Br、②羥基-溴化1-甲基-3-乙基咪唑[Emim]OH、③三乙醇胺鹽[NH-(C2H4OH)3]+、④磺酸基咪唑[Hmim]HSO4-、⑤氯代烯丙基N-甲基咪唑[Amim]Cl和⑥磺酸基三乙胺[HN+-(C2H5)3]HSO4-；並進行了麥草常壓製漿蒸煮工藝對比，得出①和⑥製漿條件溫和，穩定性好，工藝性更優。綜合分析選定⑥為製漿蒸煮較理想的離子液體。①和⑤因原料價格較高作為後備蒸煮劑。對①和⑥離子液體製漿工藝、物性分析以及蒸煮製漿歷程的研究，確定了蒸煮變數對製漿的影響和蒸煮過程漿料中碳水化合物和木素的溶出規律；測定了紙漿粘度，分析了聚糖的降解情況；打漿抄片後，測定了紙漿強度，檢測顯示紙張物理性滿足一般紙張要求。完成了離子液體製漿機理和蒸煮過程動力學研究，通過對脫木素動力學和碳水化合物降解動力學研究，分析了蒸煮過程物理化學反應規律。實驗得出：離子液體蒸煮過程木質素脫除為一級反應，並通過線性回歸得到了動力學方程。由XRD、SEM和纖維測定儀分析得出：離子液體製漿蒸煮後的麥草和稻草纖維素沒有被破壞，紙漿纖維素形態沒有明顯差異，符合草類製漿特點。針對中性離子液體主要發生熱解而酸性離子液體多發生酸水解的製漿共性問題，討論了製漿過程中典型的中性離子液體①蒸煮製漿的熱解影響以及酸性離子液體⑥中的製漿原料攜帶水量與洗漿過程的水解影響。通過熱解條件對製漿的影響以及熱解生物油的FTIR分析得出離子液體製漿過程中製漿溫度應控制在130℃左右最佳，這符合前期製漿工藝研究的結論。通過單因素和正交實驗對稻草水解產物糠醛類物質的影響研究得出了產物最大水解條件，高效液相色譜法圖HPLC分析得出系統含水量是水解反應的主要影響因素。將製漿後的離子液體，採用過濾分離固相的紙漿再加水沉澱過濾木質素，通過蒸發水分回收離子液體，回收率不低於90%。分析得出離子液體損失主要為反應器壁粘連和產品帶出，目前主要原因是器壁粘連。回收利用前後離子液體的紅外光譜特徵完全相同，說明回收後的離子液體結構沒有變化。離子液體可以重複利用10次，蒸煮效果基本不變。蒸煮製漿後離子液體可回收再利用，實現了無

離子液體用於非木材纖維製漿機理與動力學研究

基本介紹

項目摘要

結題摘要

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