纤维素溶解新型溶剂的开发与研究

纤维素是自然界中储藏量最为丰富的可再生有机材料，由于结构性质，在水中和其他传统有机溶剂中都几乎不溶解。离子液体或室温熔融盐属于近年来新兴起的绿色化学技术研究领域，对纤维素有一定的溶解能力。1998年以来，我们以氢键理论为指导，通过往盐中添加固体有机物的方法，制备了不同于有机离子液体的新型离子液体。在制备的众多离子液体中，尿素类离子液体对纤维素的溶解度较大（15-30%）。另外，我们还研究了甘油体系做溶剂。离子液体和甘油体系溶剂适合应用于以氢键为主的体系，值得系统研究。本课题拟制备尿素类离子液体和甘油体系溶剂，并将其应用于纤维素提纯。系统研究这类离子液体和甘油体系溶剂的结构、氢键的个数、类型、键能以及氢键作用方式与纤维素溶解度之间的关系，搞清纤维素氢键的破坏和新氢键形成的溶解机理，对解决纤维素溶解这一难题具有重要的理论意义和应用价值，为纤维素绿色提纯的工业化奠定基础。

一、.摘要： .随着耕地的减少和石油资源的枯竭，天然纤维、合成纤维的产量将会受到越来越多的制约；再生纤维素原料是从林、农业中木材和秸秆等植物中取得，是大自然中取之不尽、用之不竭的可再生自然资源。纤维素溶解和再生的传统工艺以粘胶纤维为主，该方法对环境污染严重，生产厂家主要集中在发展中国家，少数发达国家现在使用N-甲基吗啉-N -氧化物(NMMO)为直接溶剂，生产称为Tencel的高质量再生纤维，该工艺溶剂循环使用，对环境不造成污染，是真正的绿色工艺。研究和寻找直接溶解纤维素的新型绿色溶剂再生纤维素是纤维素再生的发展方向。本课题组研究了1、碱/有机物/水溶剂体系、2、固体有机物合成的低温固熔溶剂、3、超分子离子液体、4、质子离子液体、5、酸和混酸体系、6、磷酸/磷酸离子液体、7、咪唑类离子液体、8、吡啶类离子液体、9、PEG型双核功能化离子液体等九类体系，合成了79个纤维素直接溶剂，对纤维素的溶解和再生进行了研究，其中三类中的7种溶剂可以作为纤维素再生纺丝的直接溶剂。将表征结果结合量子化学计算确定了离子液体和溶剂体系的结构，并找出了与纤维素溶解度之间的关系，搞清了氢离子等阳离子对纤维素氢键的破坏作用并对其排序，以及阴离子对纤维素形成氢键的作用并对其排序，用氢键理论对纤维素溶解机理进行了探讨。为认识纤维素溶解和氢键性质提供了理论和经验数据，为工业化中试奠定了基础。