项目设计报告咪唑类离子液体中纤维素的溶解及再生.docx

咪唑类离子液体中纤维素的溶解XXX（西安交通大学化工程与技术学院 陕西 西安 710049）摘要 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。本文综述了离子液体的发展历史、咪唑类离子液体性能和制备、以及其中纤维素的溶解行为，包括纤维素溶解度的影响凶素、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。关键词 咪唑类离子液体 纤维素 溶解 再生1 引言目前，世界范围内的能源需求不断增长，而石油作为最重要的能源却是不可再生的。在未来的50年，石油产品将急剧下降，因此开发新型可替代能源是近几年研究的热点。木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源，每年产量大约为吨。其主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素的含量占一半以上。纤维素在一定的条件下可以水解为还原糖，得到的还原糖可以发酵制得燃料乙醇。因此如果利用纤维素制取燃料乙醇的工艺能够实现，不仅可以降低乙醇的生产成本，还能解决能源的短缺问题。美国能源部门指出与汽油相比，纤维素乙醇燃料燃烧释放的温室气体减少 85%。然而，目前纤维素作为生物代用燃料仍然具有很大的挑战性。与淀粉的糖昔链相比，纤维素的声1, 4糖营链的结晶度更高，纤维素在水中和大部分有机溶剂中都无法溶解，这样使得纤维素的降解和转换的效率较低且加工消耗很大。 从20世纪70年代以来，国内外开发传统的纤维素溶剂包括：二甲基乙酸钱()，甲基-2-毗咯烷酮(NMP)，/l, 3-二甲基-2-咪唑琳酮(DMI)，DMSO/仲甲醛(PF)，N-甲基吗琳-N-氧(NMMO)，氢氧化物熔融盐( or )和金属络合物水溶液等。然而这些体系由于毒性较大、难以回收、高成本、不稳定等缺点限制了其在纤维素工业上的应用。目前，最有效的方法就是通过纤维素酶对纤维素物质进行水解，得到可发酵的还原糖。由于木质纤维素结构复杂，纤维素酶在正常条件下很难接触到纤维素，只有借助化学的、物理的方法进行预处理，比如用稀酸、稀碱处理法，蒸汽爆破法，生物法等，破坏木质纤维素的结构，使结晶纤维素成为无定形纤维素，这样才能更容易被纤维素酶水解。尽管如此，用酸碱带来的环境问题和副产物问题是不容忽视的。因此，如何对木质纤维素进行有效的预处理，是生物质转化为能源过程中关键的问题。面对这种局面，急需开发一种环境友好的纤维素溶解绿色溶剂来替代上面的物质。最近研究发现，一些新型的离子液体(ILs)可以在较大程度上溶解纤维素，并且可以在均相系统对纤维素进行深度改性，这样大大提高酶水解纤维素的效率。离子液体的不挥发性，与传统的挥发性有机溶剂相比，离子液体被称为“绿色”溶剂。此外，离子液体还具有很多优势，如有良好的离子导电与导热性、高的热容及热能储存密度，化学和热稳定性好。更为重要的是，它们的许多物理化学性质(如水溶性、极性、可混性等)可以根据应用需要对不同的阴阳离子搭配进行分子设计。由于这些独特的特性，离子液体已在很多领域如：有机合成、无机合成、生物催化、多聚物合成和分离工程中被广泛用作溶剂和助催化剂。基于在绿色化学和清洁生产研究领域的成功应用，离子液体被认为是理想的传统挥发性溶剂的替代品。自从2002年，Rogers课题组报道了纤维素可以在离子液体中溶解以来，离子液体在纤维素的加工中的应用已经引起学术界和工业界的极大重视，特别是近些年来，离子液体在纤维素中的应用得到了广泛的研究。2、离子液体和纤维素2.1 离子液体的定义离子液体又称室温离子液体、室温熔融盐(RTILs )，由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的，在室温或接近室温时呈液体状态[1]。离子液体中只有离子存在，无其他分子，且在室温或接近室温时为液态，而传统的离子化合物（如氯化钠，需要在800℃时才能成为液体）熔点很高。离子液体的阳离子一般由季铵盐、季磷盐、烷基吡啶、烷基咪哇等构成，结构如图1-1所示： 阴离子包括：、、、、、、、、、、等。2.2离子液体的发展历史离子液体的历史要追溯到1914年，Walden等[2]把浓硝酸与乙基胺混合得到了无色透明的液体硝酸乙基胺（），熔点为，局限于当时的研究条件，这一发现并没有引起足够的关注。20世纪40年代末期，N-烷基吡啶氯铝酸盐被用于作为电解质电镀铝，20世纪70年代末Hussey[3]，Osteryoung[4]和Wilke