新型疏水性功能化离子液体对秸秆木质纤维素作用机理的研究

The effective use of stover is an important mission to protect environment and reduce fog and haze weather。The preparation of cellulose ethanol using stover was the future of biofuel, while the preparation of reducing sugar was always the bottle-neck problem in this area. Ionic liquids provide the opportunity. However, The studies concerned with functional ionic liquids is in the start-up phase. The isolation of reducing sugar is the problem with the application of hydrophilic functional ionic liquids. Currently, there are no reports concerned with the application of hydrophobic functional ionic liquids in the transformation of cellulose in domestic and abroad. . In this study, agricultural stover as rich resource in our province is employed as the main materials. Novel hydrophobic ionic liquids with dissolved capability or catalytic capability will be designed and synthesized. The function of hydrophobic ionic liquid with dissolved or catalytic capbility on lignocellulose of stover will be studied. Following that, the mixed system of ionic liquids in the transformation of lignocellulose of stover will be investigated. The fuctional ionic liquids with dissolved, catalytic and hydrophobic function will be studied for the transformation of lignocellulose of stover. The mechanism of hydrophobic functional ionic liquids on lignocellulose of stover will be investigated. The study of hydrophobic functional ionic liquids is important for the isolation of reducing sugar and reuse of ionic liquids, which aviods the addition of inorganic acid and base, and also improve the production efficiency and reduce the production cost.

秸秆的有效利用是保护环境，减少雾霾天气的重要任务。利用秸秆生产纤维素乙醇是生物能源的发展方向之一，但还原糖的制备一直是这一领域的主要瓶颈问题。离子液体带来新的契机。但目前对于功能化离子液体的研究正在刚起步阶段，还原糖的分离是现有亲水性功能化离子液体技术应用的难题。目前未见国内外关于此类疏水性功能化离子液体应用于纤维素转化的报道。该项目以我省丰富资源—农作物秸秆为原料，设计、合成新型疏水性功能化离子液体使其具备溶解或降解功能；研究溶解型和降解型疏水性功能化离子液体作用于秸秆木质纤维素；将其组成复合体系应用于秸秆木质纤维素的转化；研究集溶解、降解、疏水功能为一体的功能化离子液体对秸秆木质纤维素转化；初步确定疏水性功能化离子液体对秸秆木质纤维素的作用机理。疏水性功能化离子液体的研究对于还原糖的分离和离子液体的重复使用具有重要意义，并且避免额外无机酸、碱催化剂的使用，提高生产效率，降低生产成本。

我国是农业大国，我省是农业大省，农作物秸秆是巨大的纤维素资源。秸秆的有效利用是保护环境，减少雾霾天气的重要任务。利用秸秆生产纤维素乙醇是生物能源的发展方向之一，但还原糖的制备一直是这一领域的主要瓶颈问题。离子液体带来新的契机，疏水性功能化离子液体的研究对于还原糖的分离和离子液体的重复使用具有重要意义，酸性功能化离子液体避免额外无机酸、碱催化剂的使用，提高生产效率，降低生产成本。1.本项目通过在离子液体结构中引入疏水性基团，酸性基团，氢键力基团等，共合成40种具有溶解功能或降解功能的双阳离子液体和单阳离子液体，包括咪唑类离子液体、吡咯烷酮类离子液体、吡咯烷类离子液体、吡啶类离子液体。2.研究了离子液体与水的溶解性，其中双阳离子液体阴离子全部为[PF6]-时，或阴离子一个为[PF6]-或[(CF3SO2)2N]-，另一个为Cl-或Br-时，室温下为疏水性离子液体，但在不同温度下，与水溶解性不同，随温度可变；单阳离子[MIM(CH2)2COOH][PF6]和[PYR(CH2)4Cl][PF6]等在室温下为疏水性离子液体，但在不同温度下，与水溶解性不同，随温度可变。3.测定了溶解型和降解型功能化离子液体对秸秆木质纤维素的溶解和降解，测定了经离子液体处理前后，秸秆木质素、半纤维素、纤维素的含量变化，采用红外技术和核磁技术等分析了各成分性质变化，测定了还原糖，葡萄糖、纤维二糖、木糖等产物产率。4.离子液体作用于秸秆的机理初步确定为溶解型双阳离子疏水性功能化离子液体一方面通过其中一个阴离子基团与秸秆纤维素羟基形成氢键力溶解一定量秸秆纤维素，一方面通过另一个阴离子实现与水在不同温度下的可变溶解性，进而实现离子液体与还原糖和葡萄糖等产物的有效分离。降解型功能化离子液体一方面通过阴离子与秸秆木质素形成π键实现溶解秸秆木质素，另一方面通过其酸性催化半纤维素水解和一定量纤维素水解，打破秸秆致密结构，进而提高秸秆降解生产还原糖、葡萄糖、木糖效率。建立在研究基础上，已发表SCI收录论文5篇。