从烟草中提取纤维素的方法

摘要

本发明涉及化工领域，特别涉及从植物中提取纤维素的工艺，具体为：在烟草中加入相当于烟草质量10-15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在80-100℃条件下进行充分的溶解反应，得反应液，将所述反应液进行固液分离，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3-5倍的去离子水，搅拌不少于30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素；与传统的酸、碱活化处理烟草纤维素相比，蒸汽爆破预处理具有能耗低、污染小、效率高的作用，能够显著的降低生产成本；先采用蒸汽爆破活化烟草纤维素，再用离子液体溶解，与单独用离子液体溶解纤维素，其溶解效率提高了将近60%，极大地提高了溶解效率。

权利要求

1.从烟草中提取纤维素的方法，其特征在于，取粒径为60目的烟草，在水介质中浸泡12小时，进行蒸汽爆破处理，并进行干燥，得烟草预处理料，所述蒸汽爆破处理的压力为0.26MPa，蒸汽爆破时间180秒；在烟草预处理料中加入相当于烟草质量15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在100℃条件下进行溶解反应4h，得反应液，将所述反应液进行固液分离，所述固液分离的方式为离心，离心的时间为8分钟，离心的速度4000转/分，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水，搅拌240分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素；将所述滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素，所述干燥温度为80℃，干燥时间为14小时。

2.根据权利要求1所述的从烟草中提取纤维素的方法，其特征在于，所述烟草为烟草生产废弃物。

说明书

从烟草中提取纤维素的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及化工领域，特别涉及从植物中提取纤维素的工艺。

背景技术

[0002] 我国烟草种植面积大,产量高、但烟草种植业收益相对较低。目前主要利用了优质烟叶用于卷烟、10倍以上的烟茎、烟筋和烟末作为废弃物堆放或燃烧 ,这不但造成了资源浪费,而且引起了环境污染,成为影响烟草行业发展的难题之一。若对烟草废料进行“资源化”利用，不仅可以变废为宝，而且可以提高国民经济收入，促进我国“两烟“产业的健康发展。

[0003] 烟草中含有丰富的纤维素。纤维素可被广泛用于纺织、医药、发酵产乙醇、乳酸等行业，具有很高的社会价值。但由于其复杂的空间结构和致密的结晶度，严重阻碍了纤维素的工业化应用。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种从烟草中提取纤维素的方法，该方法操作能耗低，污染小，效率高，成本低。

[0005] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：

[0006] 从烟草中提取纤维素的方法，具体包括以下步骤：

[0007] A 溶解反应

[0008] 在烟草中加入相当于烟草质量10-15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在80-100℃条件下进行充分的溶解反应，得反应液，将所述反应液进行固液分离，取液体，所述液体为纤维素溶液；

[0009] B 纤维素的获得

[0010] 在步骤A所得纤维素溶液中加入体积为3-5倍的水介质，搅拌不少于30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素。

[0011] 进一步，步骤A中，所述烟草为烟草。

[0012] 进一步，步骤A中，所述烟草的粒径为20目以上。

[0013] 进一步，在溶解反应前，还包括烟草的预处理步骤，具体为：将烟草在水介质中浸泡不少于8小时，进行蒸汽爆破处理，并进行干燥，得烟草预处理料；所述蒸汽爆破处理的压力不低于0.04Mpa,蒸汽爆破时间不少于60秒。

[0014] 进一步，在步骤A中，所述固液分离的方式为离心，离心的时间不少于5分钟，离心的速度不低于1500转/分。

[0015] 进一步，在步骤B中，将所述滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素，所述干燥温度为50-80℃，干燥时间为10-14小时。

[0016] 本发明的有益效果在于：本发明采用的工艺简单、节能环保，通过蒸汽爆破预处理技术处理烟草原料既能达到破坏纤维素结构，又能达到活化纤维素的目的，同时还能有效提取半纤维素，污染小；活化后的纤维素用离子液体溶解，不仅溶解性能好，还能有效地回收离子液体，节约了生产成本；本发明环境污染小、成本较低，极大的扩大了农作物烟草废弃物的利用范围，具有广阔的市场前景。与传统的酸、碱活化处理烟草纤维素相比，蒸汽爆破预处理具有能耗低、污染小、效率高的作用，能够显著的降低生产成本；先采用蒸汽爆破活化烟草纤维素，再用离子液体溶解，与单独用离子液体溶解纤维素，其溶解效率提高了将近60%，极大地提高了溶解效率。

附图说明

[0017] 图1 为未经任何处理过的烟草的烟草纤维素的SEM图，烟草原料表面平滑，致密有序，此种规整的结构不利于1-丁基-3-甲基咪唑氯盐的处理；

[0018] 图2为蒸汽爆破预处理活化后的烟草大的纤维素的SEM图，经过蒸汽爆破活化处理后物料由于蒸汽爆破的作用使半纤维素素的分离，其表面结构变得蓬松，这种粗糙的表面结构使离子液体处理接触面积增大，且容易侵蚀到秸秆物料的内部，破坏纤维素的结晶结构；

[0019] 图3为蒸汽爆活化后经离子液体处理烟草的SEM图，蒸汽爆活化后经离子液体处理后物料表观形态，其表面出现大量的孔洞，长条状结构已消失，物料已经完全呈现出无规则的结构，说明其离子液体处理已经破坏了其结晶结构。1-丁基-3-甲基咪唑氯盐处理后物料的无规则结构使其比表面积大大增加。

具体实施方式

[0020] 本发明中所指的烟草,也包括烟梗、烟茎和烟叶，尤其是烟草生产中废弃的烟草，下述实施例中的烟草来自于重庆银福生物有机肥有限公司，为烟草生产废弃物，其SEM图如图1所示，其含水量为质量分数的7%。

[0021] 纤维素收率=（得到的纤维素量/纤维素总量)*100%.

[0022] 实施例1

[0023] 取100g粒径为20目的烟草,加入相当于烟草的质量10倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在100℃条件下进行溶解反应4h时间，得反应液，将所述反应液进行固液分离，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水，搅拌30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素，纤维素质量为9.6g,纤维素收率为43.63%。

[0024] 实施例2

[0025] 准确称取170g的NaOH溶解于510mL的蒸馏水中，配置成质量浓度为25%的NaOH溶液。称取120g粒径为20目的烟草放入三颈瓶中，再加入500mL质量浓度为25%的NaOH溶液，机械搅拌反应1h，反应结束后用蒸馏水洗涤抽滤，至抽滤液为中性为止。将滤渣于70℃真空干燥后备用。取100g粒径为20目的烟草,加入相当于烟草的质量10倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在100℃条件下进行溶解反应4h时间，得反应液，将所述反应液进行固液分离，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为5倍的去离子水，搅拌30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素，纤维素质量为19.2g,较未处理原料纤维素提高了43.64%，纤维素收率为87.27%。

[0026] 实施例3

[0027] 称取120g粒径为20目的烟草放入三颈瓶中，再加入500mL质量浓度为10%的盐酸溶液，机械搅拌反应1.5h，反应结束后用蒸馏水洗涤抽滤，至抽滤液为中性为止。将滤渣于70℃真空干燥后备用。取100g粒径为20目的烟草,加入相当于烟草的质量10倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在100℃条件下进行溶解反应4h时间，得反应液，将所述反应液进行固液分离，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水，搅拌30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素，纤维素质量为19.5g，较未处理原料纤维素提高了45.01%，纤维素收率为88.64%。

[0028] 实施例4

[0029] 称取100g粒径为20目的烟草放入三颈瓶中，再加入500mL水溶液，超声功率为350w超声反应1.5h，反应结束后用蒸馏水洗涤抽滤，至抽滤液为中性为止。将滤渣于70℃真空干燥后备用。取100g粒径为20目的烟草,加入相当于烟草的质量10倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在100℃条件下进行溶解反应4h时间，得反应液，将所述反应液进行固液分离，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水，搅拌30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素，纤维素质量为19.7g，较未处理原料纤维素提高了45.92%，纤维素收率为89.55%

[0030] 实施例5

[0031] 取100g粒径为30目的烟草,加入相当于烟草的质量10倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在80℃条件下进行溶解反应，得反应液，将所述反应液进行固液分离，所述固液分离的方式为离心，离心的时间为5分钟，离心的速度1500转/分，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水，搅拌30分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素；所述滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素，所述干燥温度为50℃，干燥时间为10小时，纤维素质量为9.8g,纤维素收率为44.54%。

[0032] 实施例6

[0033] 取100g粒径为60目的烟草,加入相当于烟草的质量15倍的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，在100℃条件下进行溶解反应4h时间，得反应液，将所述反应液进行固液分离，所述固液分离的方式为离心，离心的时间为8分钟，离心的速度4000转/分，取液体，所述液体为纤维素溶液；在所得纤维素溶液中加入体积为3倍的去离子水，搅拌240分钟后进行过滤，所得滤渣为纤维素；将所述滤渣用去离子水进行洗涤，并进行真空干燥，得纤维素，所述干燥温度为80℃，干燥时间为14小时。干燥后纤维素质量为9.3g，纤维素收率为42.27%[0034] 实施例7

[0035] 实施例7同实施例6相比，在溶解反应前，多一步烟草预处理步骤，具体为：将烟草在水介质中浸泡8小时，进行蒸汽爆破处理，并进行干燥，得烟草预处理料，其SEM图详见图2；所述蒸汽爆破处理的压力为0.04Mpa,蒸汽爆破时间60秒，干燥后得纤维素，详见图3，纤维素的质量为21.3g，较未处理原料纤维素提高了54.55%，纤维素收率为96.82%。

[0036] 实施例8

[0037] 实施例8同实施例6相比，在溶解反应前，多一步烟草预处理步骤，具体为：将烟草在水介质中浸泡12小时，进行蒸汽爆破处理，并进行干燥，得烟草预处理料；所述蒸汽爆破处理的压力为0.26Mpa,蒸汽爆破时间180秒，干燥后纤维素质量为21.5g，较未处理原料纤维素提高了55.46%，纤维素收率为97.73%。

[0038] 利用传统的酸、碱活化技术还需要对处理后的废液进行处理，增加了生产成本，且不利于环境与生态健康发展。超声活化技术由于超声技术容易产生空洞效应，且容易产生生产的死角，不利于大型工业化的生产。蒸汽爆破活化技术利用水蒸气达到活化纤维素的目的，不仅节约了生产成本，达到了高效活化的目的，还有利于环境和生态的保护。

[0039] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。