离子液体对纤维素溶解的研究进展

合集下载

纤维素溶剂研究现状及应用前景

纤维素溶剂研究现状及应用前景

纤维素溶剂研究现状及应用前景纤维素是一种重要的天然生物质资源,具有广泛的应用前景。

然而,纤维素的高结晶度和高度聚合程度使其难以溶解和利用。

为了解决这一问题,研究人员们不断探索纤维素新溶剂的应用和研发。

纤维素新溶剂是指用于溶解纤维素的新型溶剂,可以将纤维素转化为可溶性纤维素或纤维素衍生物,从而实现纤维素的高效利用。

纤维素新溶剂的研发旨在降低纤维素的结晶度和聚合度,提高纤维素的可溶性和活性。

近年来,纤维素新溶剂的应用实例逐渐增多。

其中之一是利用离子液体作为溶剂溶解纤维素。

离子液体是一种特殊的液体,具有低熔点、宽电化学窗口、可调性等特点。

研究人员发现,某些离子液体可以有效溶解纤维素,使其转化为可溶性纤维素或纤维素衍生物。

这为纤维素的高效利用提供了新的途径。

例如,利用离子液体可以将纤维素转化为纤维素醚、纤维素酯等可溶性化合物,用于制备生物基材料、生物能源等。

另一个纤维素新溶剂的应用实例是利用超临界流体溶剂溶解纤维素。

超临界流体是介于气体和液体之间的物质,在一定条件下具有较高的溶解能力和扩散性。

研究人员发现,某些超临界流体可以有效溶解纤维素,使其转化为可溶性纤维素或纤维素衍生物。

这为纤维素的高效利用提供了另一种选择。

例如,利用超临界二氧化碳可以将纤维素转化为纤维素酯、纤维素醚等可溶性化合物,用于制备生物基材料、生物能源等。

纤维素新溶剂的研发目前仍处于探索阶段,但已取得了一些进展。

目前,研究人员已经发现了多种具有潜力的纤维素新溶剂,并对其进行了深入研究和应用探索。

例如,除了离子液体和超临界流体外,还有一些有机溶剂、水溶性聚合物等也被发现可以溶解纤维素。

此外,一些新型溶剂的设计和合成也成为当前的研究热点。

例如,一些研究人员通过调整离子液体的结构和性质,设计出具有高效溶解纤维素能力的离子液体。

另外,一些研究人员通过改性纤维素表面,使其更易溶解于传统溶剂中,提高纤维素的可溶性。

总的来说,纤维素新溶剂的应用和研发在不断取得进展。

1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的制备

1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的制备

学年论文题目:1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的制备及其用于纤维素溶解纺丝的研究进展学院:化学化工学院专业:化学学生姓名:王昱周学号:2011730104381-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的制备及其用于纤维素溶解纺丝的研究进展摘要离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([ Emim]Ac) 可以溶解天然高分子等许多聚合物,尤其对于纤维素具有较强的溶解能力,且溶解过程基本不造成纤维素降解,故可以作为纤维素的有效溶剂,用于纤维素的溶解加工。

与其它溶剂相比,[Emim]Ac具有使用安全、不污染环境、易回收循环利用等优势,故在纤维素溶解、纺丝方面具有广阔的应用前景。

本文主要介绍了以N-甲基咪唑为原料,采用两步法对离子液体[Emim]Ac 进行制备;并概述了[Emim] Ac在纤维素溶解、纺丝等方面的应用研究进展。

关键词离子液体;[Emim]Ac;制备;纤维素;溶解;纺丝Abstract Ionic liquid 1 - ethyl - 3 - methyl imidazole acetate (Ac) [Emim] can dissolve natural polymer and many other polymers, especially for cellulose has strong dissolving ability, basic cause no cellulose degradation and dissolving process, therefore, can be a effective cellulose solvent, used for processing the dissolution of cellulose. Compared with other solvents, [Emim] Ac with the use of safe, no pollution, easy to recycle use of advantages, so in cellulose dissolution, spinning has broad application prospects. In N - methyl imidazole is mainly introduced in this paper as a raw material, adopts the two-step preparation for ionic liquids [Emim] Ac; And [Emim] Ac in cellulose dissolution, spinning and so on application research. Keywords:Ionic liquids; [Emim]Ac; Preparation; Cellulose; Dissolve; spinning目录1.实验 (3)1.1试剂和仪器 (3)1.1.1试剂 (3)1.1.2仪器 (3)1.2离子液体[Emim]Ac的制备过程 (3)1.2.1 N-甲基咪唑的预处理 (4)1.2.2离子液体中间产物[Emim]Br的制备 (4)1.2.3 离子液体[Emim]Ac的得到 (4)1.2.4 中间体合成机理探讨 (4)2. 1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐[Emim]Ac在纤维素溶解及纺丝方面的研究进展 (5)2.1对纤维素的溶解机理 (5)2.2 离子液体对纤维素的溶解特性 (6)2.2.1 溶解速度 (6)2.2.2 溶解浓度 (6)2.2.3 溶液粘度 (6)2.2.4 溶液稳定性 (7)2.3 再生纤维素纤维的制备和性能 (7)3. 1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的其它用途 (7)4. 展望 (8)参考文献 (9)致谢 (10)离子液体[1]( Ionic Liquids,简称IL) 是指在室温或接近室温下呈现液态的,完全由有机阳离子和无机阴离子或有机阴离子所组成的盐,也被称为低温熔融盐或室温离子液体。

纤维素在离子液体中的溶解特性研究

纤维素在离子液体中的溶解特性研究

有希望替代易挥发的有机溶剂。2002 年, 美国 Al- abama 大学的 Swatloski 等 [6] 首 次 报 道 了 天 然 纤 维 素在离子液体中的溶解, 为纤维素溶剂体系的开发 研究开辟了一个新领域。之后, 任强等 [7] 合成了 新 的 离 子 液 体 — ——1- 烯 丙 基 - 3- 甲 基 咪 唑 氯 化 物 ([AMIM] Cl), 同样研究了纤维素在其中的溶解; 罗 慧谋等 [8] 研 究 了 纤 维 素 在 氯 化 1- (2- 羟 乙 基) - 3- 甲基咪唑 ([HeMIM] Cl) 离子液体中的溶解。综 述纤维素在离子液体中的研究现状, 目前的研究处 于探索和基础研究阶段, 涉及与技术开发相关的内 容还不多见。
溶解度可达 20 %。随 着 纤 维 素 聚 合 度 的 增 大 , 其
在离子液体中的溶解度降低。其中, 纤维素在
[AMIM] Cl 中的溶解度高于在 [BMIM] Cl 中的溶解
度, 说明离子液体阳离子的结构对纤维素在离子液
体中的溶解性能有着重要影响。这和离子液体的性
质 有 关 。 相 对 而 言 , [AMIM] Cl 的 熔 点 较 低 , 自
学结构、结晶结构和聚合度, 结果表明: 纤维素在离子液体中的溶解属于直接溶解, 纤维素经离子液体
溶解和再生后, 晶型由纤维素 I 转变为纤维素 II; 溶解时间和温度对再生纤维素的聚合度有较大的影响,
随着溶解时间的延长和溶解温度的提高, 再生纤维素聚合度降低。
关键词: 纤维素; 离子液体; 溶解
中图分类号: TQ341.9
离子液体是近年来兴起的一类极具应用前景 的绿色溶剂, 以其独特的良溶剂性、不挥发、对水 和空气稳定等优点而广泛应用于电化学 [1]、有机合 成 [2- 3]、化工分离 [4]、材料制备 [5] 等 领 域 的 研 究 ,

纤维素在离子液体中的溶解性能及机理研究进展

纤维素在离子液体中的溶解性能及机理研究进展
i ni i i s i i fd r c s ol ton w h c s de nd n n t m p r t r o cl qu d sa k nd o ie tdis u i ih i pe e t o e e a u e, tm e, s r t r i t uc u e
c lul s n i ni i i s a e s mm a ie el o e i o c lqu d r u rz d. I S p i e t t a he dis l ton ofc lu o e i t i o nt d ou h t t s o u i e l l s n
(.青 岛科 技 大 学 化工 学 院 , 1 山东 青 岛 2 64 ; 2 南京 林业 大 学 江 苏省 制 浆 造纸 科 学与 技 术重 点 实验 室 , 60 2 . 江苏 南 京 2 03 ) 10 7
摘 要 : 述 了 纤维 素在 离 子 液 体 中的 溶 解 性 能 和 机理 的研 究 进 展 , 结 了纤 维 素 在 离 子 液 体 中 发 生 溶 胀 、 解 综 总 溶
第 2 卷 第 6 1 期 21 0 0年 1 1月

学 研

中 国科 技 核 心 期 刊
h y@ h n . d . n x j e ue u c
CH EM I CA I
RESEARCH
纤 维 素 在 离 子 液 体 中 的 溶 解 性 能 及 机 理 研 究 进 展
张 叵 , 赵娜娜 , 刘丽丽
o l o e i o c Li i s f Ce l l s n I ni qu d u
ZHANG ห้องสมุดไป่ตู้e g 一,ZHAO — a ,I H n Na n AU il L —i

纤维素在[BmimCl]离子液体及其溶液中的溶解

纤维素在[BmimCl]离子液体及其溶液中的溶解

纤维素在[BmimCl]离子液体及其溶液中的溶解一、实验原理纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖,是植物细胞壁的主要成分,它是地球上最丰富的天然生物质资源,广泛存在于棉花、甘蔗、木材等大多数的植物中,同时也是一种重要的工业原料,可以用于造纸、塑料、建材及医药等方面。

由于其再生速度比化石燃料快,具有可再生、含硫量低、二氧化碳零净排放等特点,被誉为是替代化石能源、解决能源危机的一种可行方案。

但是常温下,由于纤维素分子内存在大量复杂的氢键,纤维素既不溶于水,又不溶于一般的有机溶剂,如酒精、乙醚、丙酮、苯等,它也不溶于稀碱溶液中。

这成为纤维素转化利用中的最大局限之一。

近年来发展了几类纤维素溶剂体系,存在溶解能力不强、不稳定、有一定毒性、不易回收、价格昂贵等缺点。

因此,新型纤维素溶剂的开发显得尤为重要。

离子液体(Ionic Liquids, ILs)是近几十年来在“绿色化学”的框架下发展起来的全新的介质和“软”功能材料,它是指在室温下或<100 °C 温度条件下呈现液态的、基本由阴阳离子所组成的盐,也称为低温熔融盐。

与传统的有机溶剂相比,离子液体具有许多卓越的性质:(1)液体状态温度范围宽,且具有良好的物理和化学稳定性;(2)蒸汽压极低,不易挥发;(3) 电化学稳定性高,电化学窗口较宽;(4)对大量的无机和有机物质都表现出良好的溶解能力,且具有溶剂和催化剂的双重功能,可作为许多化学反应溶剂或催化活性载体;(5)具有较强的极性可调性和结构可设计性等。

这使得离子液体在催化、合成、分离、电化学、纳米材料、分子自组装、CO2或SO2捕集、生物质转化利用等方面表现出优良的应用性能,因而离子液体被誉为可替代传统有机溶剂的新型绿色溶剂,成为世界各国学术界和化工界的一大研究热点。

而离子液体这些优异的理化特性使之有可能成为优良的纤维素溶剂。

本实验选取了一种经典的离子液体:1-丁基-3-甲基咪唑氯(BmimCl)为研究对象,探究其对微晶纤维素的溶解性能,同时考量并分析助溶剂水和DMSO的存在对溶解性能的影响。

木质素和纤维素在离子液体中的溶解性能及催化裂解研究进展

木质素和纤维素在离子液体中的溶解性能及催化裂解研究进展

杂, 内部存在大量晶区、 非晶区结构和氢键, 使得其难以溶解 造成了其资源化利用的障碍。因此, 开发纤维素的 或融化, 目前, 应用 有效溶剂成为充分利用纤维素的一个重要前提, 较多的纤维素溶剂体系主要有四氧化二氮 / 二甲基甲酰胺 ( N2 O4 / DMF) 、 氯化锂 / 二甲基乙酰胺( LiCl / DMAC ) 体系、 多 N - 氧化甲基吗啉 聚甲醛 / 二甲基亚砜( PF / DMSO ) 体 系、 ( NMMO) 和一些水合熔盐等。由于溶剂体系存在有毒、 成本 不易回收和对热不稳定等缺点 高、 纤维素溶解方案。 近几年, 离子液体作为一种可替代的绿色溶剂, 越来越 成为生物质分离领域的研究热点。而对于溶解纤维素的离 除了满足熔点低、 性质稳定、 易于回收等要求之外, 子液体, 所选择的离子液体还应该具有相对较高的蓄水量, 因为在溶 已 解之前对生物材料进行进一步的脱水是不经济的。目前, 经有溶解纤维素的离子液体的相关专利报道
。但是, 应当指出的是, 阳离子的选择也是非常重
[ PrMIM] [ Cl]就 不 能 很 好 的 溶 解 纤 维 要的, 有研究表明, 。当然, 这与之前报道的氯离子作为一个小体积的阴 离子对纤维素的溶解是非常有效的事实是冲突的。 此外, [ BMIM] [ Br] BMIM] [ I] 和[ 也被证明不是溶解纤维素的良 好溶剂。由此可知, 能够有效溶解纤维素的离子液体应由一
, 而这些方法
无论从经济还是环保方面都存在或多或少的缺点, 随着人们
北 京 林 业 大 学 新 进 教 师 科 研 启 动 基 金 项 目 资 助 ( 2008XJS16 ) 。 作者简介 许欢欢( 1986 - ) , 女, 河南新乡人, 硕士研究生, 研究方向: 生物大分子结构与功能 。* 通讯作者, 硕士生导师, 从事生 物大分子物理化学研究 。 0725 收稿日期 2011基金 项 目

纤维素在离子液体水溶液中的溶胀与溶解行为的研究

纤维素在离子液体水溶液中的溶胀与溶解行为的研究
研 究 论 文
纤维素在离子液体水溶液中的溶胀与溶解行为的研究
蔡 涛 ,张 慧慧 ,邵 惠 丽 木 ,胡 学超 ( 华大 学材 料 科 学 与 工 程 学 院 纤 维材 料 改性 国 家重 点 实验 室 ,上 海 2 12 ) 东 0 60
摘 要 :以含 水 的离子 液体 l 丁基 一 一 一 3 甲基咪 唑 氯盐 ( M M c) 为 溶 剂 ,研 究 了纤 维素在 其 中的溶 [ I】 1 B
胀和溶解行为。通过偏光显微镜观察发现 , [MI ] t B M C 水溶液中的含水率对纤维素浆粕的溶胀与溶解行
为有着重要的影响 ,主要表现为三种状 态- [M M l ,当 B I ]C 中含水率小于 1 %时 ,浆粕纤维横向被迅速切 断并快速溶解,没有发现 明显的溶胀现象;当 [M M l B I ]C 中含水率在 2% 5%时,浆粕 纤维发 生了非
为 纤维素的新型绿色溶剂 。近年来 ,用离子液体来
溶解和加工纤维素已成为纤维素研究的热点之一 【 , l - l q
尤 其是 用 l 丁基 一 一 一 3 甲基咪 唑 氯盐 ( MI 1 [ M1c) B
作溶剂制备再生纤维素纤维具有巨大的工业应用前 景 。 [ MI 】C 溶 解 纤 维 素 的 机 理 可 解 释 为 B M 1 【 M M】C 中的氯离子 与纤维 素分子上 的羟基形 成 BI 1 了氢键 ,从而打断 了连 接纤维素 大分子 间的氢键 ,
显微镜跟踪纤维 素的溶解 过程 中发现 ,由于纯 的离 子液体对纤 维素 的溶解能 力很 强 ,在溶解 过程 中 , 与离子液体接触的部分纤维素很快溶解 ,从而形成 了溶 解 的纤维 素浆 液包 裹 着未溶 解 的 纤维 素的状 态 ,使得内层纤维素不能够完全溶解 ,因而 存在溶 解不均匀 ,在纺丝液 中形成 了凝胶 颗粒并 最终造成

纤维素在离子液体溶剂中溶解性能的研究进展

纤维素在离子液体溶剂中溶解性能的研究进展
均一等缺 点 ”。 2 】
1 四氧化二 氮/ 甲基 甲酰胺 (  ̄ d . 2 - N O DMF 溶剂 体 )

造纤维所无法比拟的较高强度 .特 别是 较高的湿 强
度 ,且溶 剂毒性 小 可回收 ,对 环境污 染小 [ ̄但 1 9 1
合成 N MMO的条 件比较 苛刻且 造价 高 ,只有 当高 价的 N MMO回收 率达 到 9 9%以上 ,在经济上才有
应的特 定需要设计不同结构的离子液体 。根据纤维 素的溶解机理 ,设计合成 1 烯丙基 一 一 一 3 甲基咪唑氯
收 稿 1 期 :2 0 — 0 3 修 回 1 期 :2 0 — 2 1 5 t 0 6 1~ 1 5 t 06 1— 5
多聚甲醛/ 甲基亚砜 (FD S )是纤维素的 Z. P /M O
纤维 素是 以 D 吡喃 式葡 萄糖 基 通过 1 4 一 — B苷 键连接起来的 、具有线性结构的高分 子化合物 ,其
结构复杂 ,内部存在大 量的 晶区 、非晶区结构和氢
1 纤维 素 溶 剂 体 系 的研 究现 状
纤维素纤维具有 良好 的穿着舒适性 ,但是不如
合成纤维挺括 、耐 用。人们 一直 都在研 究将纤维素 经溶 解后重 新纺丝 ,得到综合天然 纤维素纤维和合 成纤维特 点的新型 纤维 ,也称再 生纤 维 [ 目前已 8 1 。
溶解纤维素 ,具有 原料 易得 、溶解迅速 、无降解 、
溶液黏度稳定 、过滤容易 、生产设备简单 、操作安
素溶解 。用该溶 液 来纺 丝得 到的 L oel ycl纤维 具有 染色性能优异 、穿着舒适等特点 ,它还具有其它人
全等优点 ,但存在溶剂有 毒且回收困难 ,纤维 中残 存物难 以去除 ,生成纤维结构有缺陷 ,纤维 品质不
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

离子液体对纤维素溶解的研究进展李永莲;刘文锋【摘要】纤维素是自然界含量最丰富的可再生资源,开发一种环境友好、生物可降解、具有应用前景的新型绿色纤维素溶剂是近年来的研究热点。

离子液体具有良好的发展前景,可为纤维素资源的绿色应用提供一个崭新的平台。

本文对国内外离子液体溶解纤维素的研究成果进行了综述,探讨了纤维素的溶解机理和溶解特性,分析了纤维素在溶解过程中存在的问题,提出了离子液体溶解纤维素的发展方向。

%Cellulose is the most abundant natural renewable resources. The development of a environmentally friendly, biodegradable, prospective solvent has became research focus in recent years. Ionic liquid has good development prospect and offers a new platform for the green application of cellulose resource. The paper reviews research a- chievements of cellulose dissolution in ionic liquids at home and abroad, and summarizes the cellulose dissolution mechanism, and analyzes the problems in the process of the dissolution, then puts forward the development direc- tion of cellulose dissolution in ionic liquids.【期刊名称】《广东轻工职业技术学院学报》【年(卷),期】2012(011)004【总页数】5页(P6-10)【关键词】离子液体;纤维素;溶解;分离;进展【作者】李永莲;刘文锋【作者单位】广东轻工职业技术学院,广东广州510300;广东工业大学,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TQ202随着矿物质资源的短缺和环境问题的影响,对人类的生存提出了挑战,寻找开发可持续、可再生能源已迫在眉睫。

纤维素在植物界中纤维素的总量约达2.6×1012t,是自然界中最丰富的可再生资源,其资源环境友好、可再生、储存量丰富,能满足人类对材料环保性和生物相容性能源日益增加的需求。

天然纤维素结构高度有序、聚合度高、结晶度高、链长、分子间与分子内存在大量氢键和复杂的非结晶区,这些特点导致其不易溶于水和一般的有机溶剂,严重影响其转化利用。

研究能够溶解纤维素并能提供适宜反应条件的纤维素溶剂是解决纤维素资源利用、保护环境的关键。

1 离子液体的特性传统的纤维素溶剂体系大多存在溶解性比较差、稳定性差、有毒和污染环境、制备困难、易挥发、难以回收、价格较高等缺点。

近年来,离子液体作为一种新兴的、理想的纤维素溶剂,具有巨大的潜力,成为国内外纤维素研究领域的热点。

与常规有机溶剂相比,离子液体具有如下优点:(l)蒸气压非常小,不挥发,在使用、储藏中不会蒸发散失,可减少因挥发而产生的环境污染问题,环保;(2)可操作温度范围宽(-40~300℃),具有良好的热稳定性和化学稳定性;(3)电导率高,电化学窗口大,可作为许多物质电化学研究的电解液;(4)阴阳离子的设计可调节,可以对无机物、有机物、有机金属化合物甚至高分子材料具有很好的溶解性;(5)组成离子液体的有机离子可以调整和修饰,粘度低,密度大,可形成二相或多相体系,适合作分离溶剂或构成反应—分离耦合新体系;(6)部分离子液体具有可调节的酸碱性,是使用方便的反应介质。

因此,室温离子液体作为高效绿色溶剂及催化剂材料已成为当代化学的研究热点和科学前沿[1]。

离子液体溶解纤维素过程遵循了绿色化学的两项基本原则:利用可再生资源和开发环境友好溶剂,展现了其在纤维素的“绿色”应用中巨大的发展潜力。

因此开发对环境友好而且价格便宜的离子液体成为目前纤维素离子液体绿色溶剂研究发展的趋势。

2 离子液体对纤维素溶解的研究进程、机理及特性2.1 离子液体对纤维素溶解的研究进程1934年,Graenacher[2]第一次发现 N- 乙基吡啶氯化物能够溶解纤维素,但是因为其熔点高达118℃,而且当时离子液体的概念没有提出,对其具体的作用机理并不了解,且对纤维素的溶解能力一般,故人们并没有将其运用到实际中。

2002年,Swatloski等[3]发现离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)在室温条件时对纤维素表现出优异的溶解能力,因此引起人们对离子液体溶解纤维素的关注,从而开辟了纤维素新溶剂体系的新领域。

2003年,任强等[4]合成了新型离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物([AMIM]C1),其熔点和粘度较低,溶解纤维素的时间短,并且在溶解过程中纤维素降解程度低。

同年,Zhang等[5]通过研究发现二烷基咪唑醋酸盐([RMIM]Ac)和1-甲基-3-烯丙基咪唑氯盐([AMIM]Cl)这两种离子液体对纤维素都具有良好的溶解度,而且与[BMIM]Cl离子液体的比较还发现,[RMIM]Ac和[AMIM]Cl更优。

2005年,Heinze 等[6]以三种离子液体([BMIM]C1、[BMPy]C1和BDTAC)为溶剂,研究了聚合度(290~1200)不同的纤维溶解的变化,发现[BMPy]C1作为溶剂时,其对不同聚合度的纤维都具有良好的溶解性,均使纤维发生很大程度的降解,而以[BMIM]Cl和BDTAC为溶剂时,其对纤维的溶解效果均不明显。

同年,罗慧谋等[7]合成了氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑盐([HeMIM]Cl),这是一种新型的功能化离子液体,通过性能测试发现,在70℃时其对活化后的微晶纤维素具有良好的溶解性,溶解度可达5%~7%;当温度超过80℃时,由于含羟基季铵盐的热稳定性差,离子液体开始分解。

通过FT-IR、TGA 和XRD等检测手段表征再生纤维素的结构表明,[HeMIM]Cl也是很好的纤维素溶剂。

郭立颖[8]等人合成了氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑[AMIM]Cl和氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑[HeMIM]Cl这两种离子液体,而且还研究了这两种离子液体对杉木粉的溶解性能。

通过对溶解前后杉木粉的结晶结构和化学结构进行分析,发现[HeMIM]C1对杉木粉的溶解性能优于[AMIM]C1。

2006年,郭明等[9]合成一种新型功能化离子液体二氯二(3,3’-二甲基)咪唑基亚砜盐([(MIM)2SO]C12),研究其对纤维素的溶解性能,发现([(MIM)2SO]C12)对微晶纤维素有一定的溶解能力,但是溶解度较小;以([(MIM)2SO]C12)为溶剂时,纤维素在溶解过程中未发生衍生化。

2008年,Fukaya等[10]合成了以甲基膦酸酯盐的二烷基咪唑为阴离子的室温离子液体1-乙基-3-甲基咪唑甲基膦酸酯盐([C2MIM][(MeO)RPO2]),通过对其溶解性能的研究,发现当温度为45℃时,离子液体30min内即可溶解10%的纤维素,这表明其具有良好的溶解性能。

但是该类离子液体制备困难、造价高,实用价值不高。

Birgit Hosan[11]发现将纤维素溶于1-乙基-3-甲基咪唑氯化物[EMIM]Cl,其溶解度高达15.8%,溶解能力较强。

同年,段衍鹏等[12]合成了三种含有羧基或醚基的离子液体([CMEIM]C1、[C2OCEIM]C1和[Cl-C2OC2-EIM]C1),通过对30%NaOH溶液处理前后棉纤维的溶解性能与三种离子液体结构之间的关系进行研究发现:对于处理前的原生纤维素和经碱处理后的纤维素,[C2OCEIM]Cl的溶解性能最好。

通过对三种离子液体作为溶剂处理后的纤维素(原生纤维素以及经碱处理后的纤维素)进行比较发现,在溶解过程中,[Cl-C2OC2-EIM]C1引起纤维素的聚合度下降最严重。

2009年,王美玲等[13]混配两种离子液体N-甲基-N-烯丙基吗啉氯盐[AMMor]C1和3-甲基-1-烯丙基咪唑氯盐[AMIM]C1,探讨了不同比例的混配离子液体对纤维素的溶解性能,发现:当[AMMor]C1与[AMIM]Cl的混配比例为1:3时,混配离子液体能够有效溶解天然纤维素,且相对于[AMIM]C1离子液体,混配离子液体在相同条件下的溶解性能更好,未经活化的纤维素可直接溶于混配离子液体,而且不发生其它衍生化反应,但是用以溶解未经处理的再生后纤维素发现热稳定性较差。

同年,郭清华等[14]研究用咪唑型离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM]Ac)溶解棉桨纤维素,发现在适当的温度条件下,[EMIM]Ac离子液体能溶解纤维素,纤维素/[EMIM]Ac溶液为切力变稀流体。

同年,Amarasekara等[15]以含有磺酸基的基团为离子液体的阳离子,Cl-为离子液体的阴离子,通过合成得到了一种新型的液体离子,其具有在室温下即可快速溶解纤维素,在升温时催化纤维素水解得到还原性糖的特点。

2010年,Xu 等[16]研究 8 种阳离子为[BMIM]+、阴离子是Brφnsted碱的离子液体溶解纤维素的能力,发现:(1)[BMIM]Ac、[BMIM][HCOO]、[BMIM][H2NCH2COO]、[BMIM][HOCH2COO]、[BMIM][HSCH2COO]、[BMIM][CH3CHOHCOO]和[BMIM][(C6H5)COO]对纤维素都具有较好的溶解能力。

(2)这些离子液体的溶解能力与其阴离子氢键接受能力(β)成线性关系。

(3)锂盐(LiAc、LiNO3、LiClO4、LiCl、LiBr)的加入可以提高[BMIM]Ac的溶解性能,推测因为Li+可与纤维素中的羟基氧形成氢键因此破坏了纤维素分子之间的氢键,因而进一步溶解纤维素。

现在,已知具有溶解纤维素能力的离子液体有几十种,新型可溶解纤维素的离子液体仍然不断地被合成和开发。

2.2 离子液体对纤维素溶解的机理离子液体溶解纤维素的机理研究并不成熟。

现在,一般是按照电子给体与受体理论(EDA)来解释[17]:也就是纤维素分子-OH中的氧原子为电子给予体,氢原子为接受体;离子液体中相应存在的阴离子作为电子给予体,阳离子作为电子接受体。

通过纤维素氢原子和-OH中氧原子与离子液体中阴、阳离子的相互作用,从而破坏纤维素分子间和分子内的氢键,使得纤维素中的羟基电荷发生分离,导致分子链分开,从而实现纤维素的溶解。

相关文档
最新文档