纤维素经离子液体预处理酶解糖化研究

利用离子液体氯化1－丁基－3－甲基－咪唑（[C4mim]Cl）进行纤维素预处理。实验表明,纤维素经离子液体预处理后聚合度下降;糖化速度随预处理温度增加呈现先增大后下降的趋势,在90℃出现最大值;延长预处理时间和采用乙醇作为沉淀剂,可促进酶解糖化。与未处理的纤维素相比,经离子液体预处理后纤维素的糖化速度可提高70％。根据扫描电子显微镜（SEM）观察,纤维素出现了明显的解聚。     

离子液体[BMIM]Cl预处理对微晶纤维素酶解的影响

以微晶纤维素为研究对象, 设计了离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(1-butyl-3-methylimidazolium chloride, [BMIM]Cl)预处理微晶纤维素Avicel的实验方法以实现纤维素的高效酶解糖化. 在[BMIM]Cl中Avicel完全溶解, 经水洗沉淀得到再生纤维素, 回收后的离子液体可重复利用. 预处理后底物酶解的可溶性糖转化率在24 h时高达94.65%, 较之同样条件下未经预处理底物的酶解糖转化率(48.57%)有飞跃性提升. 进一步考察了离子液体预处理对纤维素结构及形态的影响, 结果表明: [BMIM]Cl预处理后Avicel氢键减弱; 结晶度明显下降, 结晶型态由纤维素I型转变为纤维素II型; 由规整的平行排布转变为疏松有孔的无序形貌. 正是离子液体预处理引起的纤维素微观与宏观结构性质的显著改变使得再生后纤维素酶解的可溶性糖转化率大幅提高.     

微波辅助DMSO/AmimCl复合溶剂预处理玉米秸秆的酶解影响

为了实现玉米秸秆纤维素的高效糖化,设计利用微波加热辅助的离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AmimCl)/二甲基亚砜(DMSO)复合溶剂生物质预处理体系,破坏玉米秸秆天然结构,提高纤维素酶解效率.研究发现,15%(w)DMSO,110℃,60 min及4 g秸秆/100 g复合溶剂为最适预处理条件.在此条件下,秸秆溶解率、提取率可分别达46.6%和22.9%;提取物纤维素酶解率14 h可达71.4%,相较于天然玉米秸秆的20 h酶解率12.5%有极大提高.通过XRD,SEM及1H NMR分析发现:秸秆预处理后,提取物纤维素晶型由I型变为II型,残渣纤维素相对结晶度明显降低,有利于纤维素酶解的进行,达到了生物质预处理的目的;预处理过程中使用的AmimCl离子液体经简单回收再生,结构及秸秆溶解性能未发生变化,可循环使用.为玉米秸秆生物质预处理提供了一个新的方案.     

三种离子液体的合成及其对棉纤维素溶解性能的比较研究

合成了三种含有羧基或醚基的离子液体, 1-羧甲基-3-乙基咪唑氯化物([CmEIM]Cl)、1-甲氧乙基-3-乙基咪唑氯化物([C2OC1-EIM]Cl)和1-[2-(2-氯乙氧基)乙基]-3-乙基咪唑氯化物([Cl-C2OC2-EIM]Cl), 用FT-IR和1H NMR对它们的化学结构进行了表征. 测定并比较了这三种离子液体对棉纤维素的溶解能力, 并用FT-IR, SEM和XRD研究了溶解前和再生后纤维素的化学结构、形貌及晶体结构的变化. 结果表明, 在三种离子液体中, [C2OC1-EIM]Cl对棉纤维素的溶解性最好. 在溶解过程中, 随着温度的升高, 纤维素在离子液体中的溶解度增加, 但聚合度下降, 特别是在[Cl-C2OC2-EIM]Cl中溶解时, 纤维素的聚合度下降最严重. 研究结果表明, 含羧基的离子液体会由于分子间氢键的缔合作用降低其对纤维素的溶解性. 侧基较大的离子液体对纤维素的溶解性也较差.     

微波法合成离子液体[AMIM]Cl及其对纤维素的预处理

利用微波法合成了离子液体1-烯丙基,3-甲基咪唑氯盐[AMIM]Cl,并利用合成的离子液体分别对微晶纤维素、麦草秸杆和玉米芯进行预处理,得到了再生纤维素。考察了纤维素在离子液体中的溶解过程,并通过FT-IR、SEM和酶解对其预处理效果进行了表征。结果表明:微波法可以大大减少反应时间,合成的离子液体[AMIM]Cl可以有效降低纤维素的结晶度,增加其表面粗糙度,提高纤维素酶的可及性及底物的利用率。     

新型功能化离子液体[HeEIM]Cl的合成及其对棉纤维的溶解性能

合成了离子液体氯化1-(2-羟乙基)-3-乙基-咪唑([HeEIM]Cl), 并利用FTIR和1HNMR对其化学结构进行了表征. 考察了NaOH、微波和高压等处理方式对棉纤维的结晶度、聚合度(DP)和溶解率的影响. 研究了不同的溶解温度在微波加热和传统加热条件下对棉纤维的溶解率和再生纤维素的聚合度的影响. 利用FTIR, XRD, TGA和SEM等方法分别对溶解后得到的再生纤维素的化学结构、结晶度变化、热稳定性和表观形貌进行了分析. 结果表明, 合成的离子液体对棉纤维表现出很好的溶解能力, 且在溶解和再生过程中未发生化学变化. 棉纤维在高压条件下经质量分数为30%的NaOH预处理后, 溶解性能最佳. 微波加热法的溶解效果远远优于传统加热法, 且随着温度的升高, 溶解率逐渐增大. 溶解后得到的再生纤维素的结晶度变小, 聚合度下降, 热稳定性降低.     

离子液体对锯末中纤维素的溶解及再生研究

探讨了离子液体1-(4-磺酸基丁基)-3-甲基咪唑的硫酸氢盐(IL-1)作为催化剂,金属氯化物作为助催化剂时纤维素的水解,利用离子液体IL-1对杨木锯末中纤维素的直接溶解并再生,考察了温度、碱性溶液的浓度以及溶解时间对溶解率的影响,通过傅里叶红外光谱FT-IR、X-射线衍射仪及热失重对处理前后锯末、再生纤维素的结构、结晶性及热性能进行了研究.结果表明,温度为90℃,NaOH质量分数为6%,溶解时间为2 h时,离子液体对杨木锯末具有最佳的溶解性,溶解率可达45%左右.离子液体主要溶解杨木锯末中的纤维素,且为非衍生化的直接溶解,再生后的纤维素结晶形态由纤维素I变为II,热稳定性能有所降低.     

复合离子液体中纤维素的催化分解

通过将酸性功能化离子液体与对纤维素具有溶解作用的离子液体进行复合, 构建了一类新型的高效催化纤维素分解的体系, 并采用热重(TG)分析方法, 研究了复合离子液体中纤维素的分解行为. 结果表明: 复合离子液体中纤维素的分解温度明显降低, 溶于离子液体中的纤维素可被酸性离子液体原位催化分解. 纤维素的分解温度受离子液体催化剂的酸性及纤维素在复合离子液体中的溶解度影响明显: 酸性越强, 溶解度越大, 纤维素的分解温度越低.     

离子液体中的纤维素溶解、再生及材料制备研究进展

近年来,离子液体作为一类新型的环境友好介质和软功能材料受到了广泛的关注,并被广泛应用于有机合成、催化、电化学、分离分析等领域.其中,离子液体中的纤维素化学是当前离子液体研究的热点领域之一,离子液体的出现也为纤维素化学的进一步发展提供了广阔的空间.离子液体以其低熔点、高稳定性、低蒸汽压、溶解性能可调节等优异的理化性能已被证实为纤维素的有效溶剂,被广泛用于纤维素的溶解、再生及应用研究.综述了离子液体中纤维素的溶解行为,包括纤维素溶解度的影响因素、纤维素在离子液体中的溶解过程、纤维素的溶解及再生机理等,以及离子液体中基于纤维素的新型材料制备研究进展,并对离子液体中纤维素研究存在的问题和未来的发展方向进行了总结和展望.     

细菌纤维素在室温离子液体中的溶解性能

研究了细菌纤维素(BC)在绿色溶剂1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑室温离子液体中的溶解行为,通过偏光显微镜观察了BC在此离子液体中的溶解过程,热失重(TGA)和红外光谱(FT-IR)测试了再生前后BC的性能,探索了BC在离子液体中溶解、再生的可能性和可行性.结果表明:离子液体是BC的优良溶剂,对BC的溶解属于直接溶解,不发生其他的衍生化反应;再生后BC的热稳定性变好,且离子液体可回收利用.