离子液体用于非木材纤维制浆机理与动力学研究

离子液体是新型的绿色溶剂,有蒸气压低、不易燃、热稳定性好、可循环利用等特点。采用离子液体替代传统有机溶剂进行非木材纤维原料制浆，可解决传统制浆方法中的高压、高温、溶剂回收、生理毒理性、黒液污染以及木质素的应用等问题，实现常压、快速、温度低和无污染的绿色环保制浆。前期已对离子液体的合成以及对生物质的溶解特性进行了多方面的研究，对离子液体用于非木材纤维制浆也进行了初步研究探讨，结果表明选择低成本、功能性高的离子液体制浆可加速制浆过程的木质素溶解。拟在基金支持下确定离子液体非木材纤维制浆新过程，深层次探讨蒸煮制浆理论，推断木素功能基及结构的变化规律，通过脱木素动力学和碳水化合物降解动力学研究，揭示蒸煮过程的物理化学反应规律以及蒸煮过程浆料中碳水化合物和木素的溶出规律，为制浆工艺过程控制提供理论支持，从而获得期望的纸浆质量。离子液体非木材纤维原料制浆方法的研究，也为生物质精炼和清洁制浆奠定基础。

本项目采用离子液体替代传统有机溶剂进行了非木材纤维原料制浆研究。离子液体做为蒸煮溶剂进行的麦草、稻草原料制浆，具有常压、快速、温度低和无污染绿色环保等特点。.合成制备了离子液体①溴化1-甲基-3-乙基咪唑[Emim]Br、②羟基-溴化1-甲基-3-乙基咪唑[Emim]OH、③三乙醇胺盐[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-；并进行了麦草常压制浆蒸煮工艺对比，得出①和⑥制浆条件温和，稳定性好，工艺性更优。综合分析选定⑥为制浆蒸煮较理想的离子液体。①和⑤因原料价格较高作为后备蒸煮剂。对①和⑥离子液体制浆工艺、物性分析以及蒸煮制浆历程的研究，确定了蒸煮变量对制浆的影响和蒸煮过程浆料中碳水化合物和木素的溶出规律；测定了纸浆粘度，分析了聚糖的降解情况；打浆抄片后，测定了纸浆强度，检测显示纸张物理性满足一般纸张要求。.完成了离子液体制浆机理和蒸煮过程动力学研究，通过对脱木素动力学和碳水化合物降解动力学研究，分析了蒸煮过程物理化学反应规律。实验得出：离子液体蒸煮过程木质素脱除为一级反应，并通过线性回归得到了动力学方程。由XRD、SEM和纤维测定仪分析得出：离子液体制浆蒸煮后的麦草和稻草纤维素没有被破坏，纸浆纤维素形态没有明显差异，符合草类制浆特点。.针对中性离子液体主要发生热解而酸性离子液体多发生酸水解的制浆共性问题，讨论了制浆过程中典型的中性离子液体①蒸煮制浆的热解影响以及酸性离子液体⑥中的制浆原料携带水量与洗浆过程的水解影响。通过热解条件对制浆的影响以及热解生物油的FTIR分析得出离子液体制浆过程中制浆温度应控制在130℃左右最佳，这符合前期制浆工艺研究的结论。通过单因素和正交实验对稻草水解产物糠醛类物质的影响研究得出了产物最大水解条件，高效液相色谱法图HPLC分析得出系统含水量是水解反应的主要影响因素。.将制浆后的离子液体，采用过滤分离固相的纸浆再加水沉淀过滤木质素，通过蒸发水分回收离子液体，回收率不低于90%。分析得出离子液体损失主要为反应器壁粘连和产品带出，目前主要原因是器壁粘连。回收利用前后离子液体的红外光谱特征完全相同，说明回收后的离子液体结构没有变化。离子液体可以重复利用10次，蒸煮效果基本不变。蒸煮制浆后离子液体可回收再利用，实现了无