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1、酸性离子液中纤维素的水解摘要：以离子液1-丁基-3-甲基咪唑氯为纤维素溶剂.酸性离子液1-磺酸丁基-3-甲基咪唑氯为催化剂进行了纤维素水解反应.通过筛选,找到了合适的离子液共溶剂二甲基甲酰胺可降低纤维素-离子液体系的黏度.考察了催化剂用量和水含量对纤维素水解的影响,同时研究了高聚合度的滤纸及棉花分别的水解行为.应用二硝基水杨酸法测得水解体系中还原糖的浓度,进而求得反应过程中还原糖的收率.结果表明,在酸性离子液中水解纤维素是完全可行的,最高可达到95%的还原糖收率.关键词：纤维素;酸性离子液化石能源是目
2、前人类消费的主要能源,但一个多世纪的高强度开采与消费使这些不可再生能源渐趋枯竭.另一方面,无节制地使用化石能源,造成了温室效和酸雨等异常气候现象,严重威胁着人类的生存环境.面对能源与环境的双重压力,人类急需寻找一种绿色环保的可再生能源.近年来,各大能源消费国竞相寻求能够替代石油的新能源.美国和欧洲不约而同地选择了生物燃料作为主要的运输替代燃料.但是目前主要以粮食作物为原料的生物柴油和燃料乙醇,从长远来看具有规模限制和不可持续性.因此,在整个生物燃料领域,最吸引人的并不是蔗糖和玉米生产乙醇,或是从油菜籽
3、中提炼生物柴油,而是利用自然界中最具资源优势的纤维素来生产乙醇,即第二代燃料乙醇.传统的纤维素水解方法都有各自的弊端,到目前为止还没有真正实现工业化[1~7].而找到一种绿色环保的溶剂,通过均相水解才是解决纤维素水解难题的关键.2002年,Rogers等[8,9]首先发现离子液1-丁基-3-甲基咪唑氯可溶解纤维素,这为纤维素的均相水解创造了条件.至今已合成出十几种能够溶解纤维素的离子液[10~15],并且溶解性能越来越强,可以在更低的温度下溶解更多的纤维素。天然纤维素主要来源于森林木质纤维素类材料，木
4、材是最主要的来源。其它含有纤维素的物质包括农业残余物、水生植物、草和其它一些植物类物质。合成纤维素功能性纤维素的化学合成已经在实验室中实现。主要还是通过多步的化学保护－脱保护反应。另一种高效的方法是利用纤维素酶来控制立体特异性和区域选择性。纤维素是由D-吡喃型葡萄糖基（失水葡萄糖）组成。简单分子式为(C6H10O5)n。化学结构有以下两种形式：本文选择了一种新型的溶剂-离子液体系作为纤维素的溶剂,以官能化的酸性离子液作为催化剂[18,19],替代现有的水解体系,从而实现了纤维素的绿色均相水解.1实验部
5、分1.1离子液共溶剂的筛选分别取1g离子液[bmim]Cl置于11支试管中,加入正己烷、四氯化碳、甲苯、四氢呋喃、水、乙醇、异丙醇、乙腈、丙酮、二甲基亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)各0.25g,充分振荡.初步筛选出能与离子液互溶的溶剂.分别称取8g[bmim]Cl置于烧瓶中,在100oC油浴中磁力搅拌.量取2ml上述初选溶剂,同温搅拌至两者混为一相.再称取0.4g预先处理好的微晶纤维,分多次倒入烧瓶中,继续搅拌24h,从中筛选出不影响纤维素溶解的溶剂.由于本实验需在100oC下进行,在待选溶
6、剂中选取沸点高于100oC的作为离子液-纤维素体系的共溶剂.1.2纤维素的水解反应将固体[bmim]Cl置于50oC真空干燥箱过夜,液体1-磺酸丁基-3-甲基咪唑氯于60oC旋转蒸发2h除水.称取8g[bmim]Cl置于烧瓶中,在100oC的油浴中磁力搅拌.加入2mlDMF及一定量去离子水,搅拌至三者混为一相.称取0.4g预先处理好的底物,分多次倒入烧瓶中,继续搅拌至溶液澄清透明.加入一定量1-磺酸丁基-3-甲基咪唑氯,并开始计时.每隔一段时间取样,量取0.11g反应溶液置于1.5ml离心管中,用0.
7、9ml预先配制的0.03mol/L的NaOH溶液稀释.将稀释溶液于15000r/min离心10min,取上清液进行总还原糖浓度测定,并计算相应收率.1.3总还原糖(TRS)测定参照文献[20]配制3,5-二硝基水杨酸(DNS)试剂.量取约500ml去离子水,50oC水浴加热.加入182g酒石酸钾钠,6.3gDNS,262ml的2mol/LNaOH溶液.待上述试剂完全溶解后,加入5g重蒸苯酚,5g无水亚硫酸钠,搅拌至溶解.在1000ml容量瓶中用去离子水定容,贮于棕色瓶中备用.采用分光光度法测定还原糖浓
8、度时,取待测溶液0.5ml于试管中,加入0.5ml预先配好的DNS试剂,充分混匀,放入烘箱中于100oC反应10min.取出试管,迅速冷却,用去离子水定容至5ml并充分混匀.在紫外-可见光谱仪上进行比色分析,采用固定波长520nm,狭缝宽度0.1mm.还原糖收率按YTRS=0.9×MTRS/Mcellulose式计算,式中MTRS=φ×V×CTRS,其中YTRS为总还原糖收率,MTRS为待测溶液中还原糖的总质量,Mcellulose为水解纤维素的总质量,
