利用離子液體捕集二氧化碳和提取殼聚糖的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用離子液體捕集二氧化碳和提取殼聚糖的方法。該方法，包括如下步驟：將能夠富集二氧化碳的產(chǎn)品置于二氧化碳氣氛中吸收二氧化碳達到平衡后，通入壓縮二氧化碳至體系的壓強為3-15MPa，靜置后降壓，收集析出的固體和產(chǎn)生的氣體，完成所述殼聚糖的提取、二氧化碳的收集和離子液體的回收。其中，能夠富集二氧化碳的產(chǎn)品，為由溶質(zhì)和溶劑組成的溶液；溶質(zhì)為脫乙酰化處理的殼聚糖粗品；溶劑為離子液體。本發(fā)明將生物質(zhì)的溶解、再生和二氧化碳的捕集結(jié)合起來，使整個工藝循環(huán)起來，該方法簡單、有效、可持續(xù)，可同時解決溫室氣體二氧化碳捕集和生物質(zhì)利用兩大問題。
【專利說明】利用離子液體捕集二氧化碳和提取殼聚糖的方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物質(zhì)利用和溫室氣體捕集領域，具體涉及利用離子液體捕集二氧化 碳和提取殼聚糖的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著石油、煤炭等不可再生資源的日益短缺，開發(fā)更有效的新型清潔能 源、材料來減少對石油資源的依賴成為了人們廣泛關注的問題。甲殼素/殼聚糖是自然界 廣泛存在的一種堿性多糖，是地球上僅次于纖維素的第二大生物資源。它是許多低等生物， 特別是蝦、蟹等節(jié)肢動物外殼的重要成分，每年的生物合成量多達100億噸，被認為是繼纖 維素后又一"取之不盡"的天然原料。甲殼素除了可再生之外，還具有可生物降解、生物相 容性好、易于改性等優(yōu)點，符合人類社會可持續(xù)發(fā)展的需要。特別是當甲殼素的脫乙酰度較 高，存在形式大部分是殼聚糖時，其結(jié)構(gòu)上存在著較活潑的一級氨基和羥基，可以生成許多 衍生物，大大提高了這種生物質(zhì)在的應用價值和應用范圍，使其廣泛應用于生物工程、制藥 工程、環(huán)境保護、日用化工、食品工程等諸多領域。
[0003] 由于甲殼素/殼聚糖等天然生物質(zhì)分子是通過較強的分子內(nèi)和分子間的氫鍵以 聚集態(tài)的形式存在，使得它們不溶于大多數(shù)的常規(guī)溶劑，這成為了甲殼素/殼聚糖在實際 應用中的最大障礙。20世紀中葉以來，人們相繼開發(fā)出了很多甲殼素/殼聚糖溶劑體系，例 如，一些無機酸和有機酸的水溶液、六氟異丙醇等。然而，這些體系或多或少存在著溶解能 力有限、溶解窗口窄、有毒、成本高、溶劑回收困難等弱點。因此，開發(fā)新型高效綠色的甲殼 素/殼聚糖溶劑一直是這一領域的研究重點之一。
[0004] 基于在綠色化學和清潔生產(chǎn)研究領域的成功應用，近年來，離子液體被認為是傳 統(tǒng)揮發(fā)性溶劑的理想替代品。離子液體是完全由離子組成的室溫熔融鹽，由于具有熔點低、 不揮發(fā)、液程寬、熱穩(wěn)定性好、溶解能力強、性質(zhì)可調(diào)、不易燃燒等特性，使得離子液體在眾 多領域可以作為綠色溶劑，并通過分子設計和改變陰陽離子組成來對其性質(zhì)進行調(diào)節(jié)，以 達到特定的應用目的。根據(jù)相關文獻報道，離子液體對甲殼素/殼聚糖的溶解是通過破壞 其分子內(nèi)或分子間的氫鍵完成的，而陰離子在溶解過程中會充當氫鍵受體的角色。醋酸根 (OAc)被看作是一種較強的氫鍵受體，所以醋酸根（OAc)型離子液體有條件作為溶解甲殼 素/殼聚糖的綠色溶劑。同時，這類離子液體對最常見的溫室氣體二氧化碳也有著很好的 捕集效果，而溶解后的殼聚糖分子上所帶有的氨基也會在一定程度上增溶二氧化碳。
[0005] 離子液體與糖類化合物均展現(xiàn)出極低的蒸汽壓，常規(guī)的蒸餾技術(shù)不能應用于此。 另外，常規(guī)的有機溶劑也不能將殼聚糖從離子液體中萃取出來。所以在已經(jīng)溶解殼聚糖的 離子液體體系中，如何將溶質(zhì)與溶劑分離依然是一個重要的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種利用離子液體捕集二氧化碳和提取殼聚糖的方法。
[0007] 本發(fā)明提供了一種能夠富集二氧化碳的產(chǎn)品，為由溶質(zhì)和溶劑組成的溶液；
[0008] 其中，溶質(zhì)為脫乙?；幚淼臍ぞ厶谴制?；
[0009] 溶劑為離子液體。
[0010] 上述產(chǎn)品中，所述離子液體選自1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-丁基-3-甲基咪 唑氯鹽和1-丁基-3-甲基咪唑二氯醋酸鹽中的至少一種；
[0011] 所述殼聚糖粗品與離子液體的質(zhì)量比為1-15 :100,具體為3-9 :100、6:100、 3-6:100 或6-9:100。
[0012] 所述脫乙?；幚淼臍ぞ厶谴制窞榘凑瞻ㄈ缦虏襟E的方法制備而得：
[0013] 將所述含有殼聚糖的原料烘干后，依次用鹽酸、氫氧化鈉水溶液、次氯酸鈉水溶液 于常溫下分別浸泡后，用去離子水洗滌至中性，再浸泡于氫氧化鈉水溶液后，洗滌至中性而 得。
[0014] 該方法中，所述含有殼聚糖的原料為奸殼或蟹殼；或，
[0015] 所述烘干步驟中，溫度為30-80°C，具體為50°C ;或，
[0016] 所述鹽酸的質(zhì)量百分濃度為5-20%，具體為10% ;或，
[0017] 所述氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量百分濃度均為5-20%，具體為10% ;或，
[0018] 所述次氯酸鈉水溶液的質(zhì)量百分濃度為3-7%，具體為5% ;或，
[0019] 所述浸泡步驟中，時間均為12-24小時，具體為20-24小時。
[0020] 本發(fā)明提供的利用離子液體收集二氧化碳的方法，包括如下步驟：
[0021] 將上述本發(fā)明提供的能夠富集二氧化碳的產(chǎn)品置于二氧化碳氣氛中吸收二氧化 碳，再置于氮氣氣氛下吹掃，收集產(chǎn)生的氣體，完成所述二氧化碳的收集。
[0022] 本發(fā)明還提供了一種利用離子液體提取殼聚糖和回收離子液體的方法，包括如下 步驟：
[0023] 將上述本發(fā)明提供的能夠富集二氧化碳的產(chǎn)品置于二氧化碳氣氛中吸收二氧化 碳達到平衡后，通入壓縮二氧化碳，靜置后降壓，收集析出的固體，完成所述殼聚糖的提取 和離子液體的回收。
[0024] 另外，本發(fā)明還提供了一種利用離子液體提取殼聚糖、收集二氧化碳和回收離子 液體的方法，包括如下步驟：
[0025] 將上述本發(fā)明提供的能夠富集二氧化碳的產(chǎn)品置于二氧化碳氣氛中吸收二氧化 碳達到平衡后，通入壓縮二氧化碳至體系的壓強為3_15MPa，靜置后降壓，收集析出的固體 和產(chǎn)生的氣體，完成所述殼聚糖的提取、二氧化碳的收集和離子液體的回收。
[0026] 上述方法中，所述離子液體選自1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[Bmim] OAc)、1-丁 基-3-甲基咪唑氯鹽（[Bmim] Cl)和1-丁基-3-甲基咪唑二氯醋酸鹽（[Bmim] DCA)中的至 少一種；
[0027] 所述二氧化碳氣氛為煙道廢氣。
[0028] 所述1- 丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[Bmim] OAc)的結(jié)構(gòu)式如下：
[0029]

【權(quán)利要求】
1. 一種能夠富集二氧化碳的產(chǎn)品，為由溶質(zhì)和溶劑組成的溶液； 其中，溶質(zhì)為脫乙酰化處理的殼聚糖粗品； 溶劑為離子液體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于：所述離子液體選自1-丁基-3-甲基咪唑 醋酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽和1-丁基-3-甲基咪唑二氯醋酸鹽中的至少一種； 所述殼聚糖粗品與離子液體的質(zhì)量比為1-15 :100,具體為3-9 :100 ; 所述脫乙酰化處理的殼聚糖粗品為按照包括如下步驟的方法制備而得： 將所述含有殼聚糖的原料烘干后，依次用鹽酸、氫氧化鈉水溶液、次氯酸鈉水溶液于常 溫下分別浸泡后，用去離子水洗滌至中性，再浸泡于氫氧化鈉水溶液后，洗滌至中性而得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的產(chǎn)品，其特征在于：所述含有殼聚糖的原料為蝦殼或蟹 殼；或， 所述烘干步驟中，溫度為30-80°C，具體為50°C ;或， 所述鹽酸的質(zhì)量百分濃度為5-20%，具體為10% ;或， 所述氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量百分濃度均為5-20%，具體為10% ;或， 所述次氯酸鈉水溶液的質(zhì)量百分濃度為3-7%，具體為5% ;或， 所述浸泡步驟中，時間均為12-24小時，具體為20-24小時。
4. 一種利用離子液體收集二氧化碳的方法，包括如下步驟： 將權(quán)利要求1-3任一所述能夠富集二氧化碳的產(chǎn)品置于二氧化碳氣氛中吸收二氧化 碳達到平衡后，置于氮氣氣氛下吹掃，收集產(chǎn)生的氣體，完成所述二氧化碳的收集。
5. -種利用離子液體提取殼聚糖和回收離子液體的方法，包括如下步驟： 將權(quán)利要求1-3任一所述能夠富集二氧化碳的產(chǎn)品置于二氧化碳氣氛中吸收二氧化 碳達到平衡后，通入壓縮二氧化碳，靜置后降壓，收集析出的固體，完成所述殼聚糖的提取 和離子液體的回收。
6. -種利用離子液體提取殼聚糖、收集二氧化碳和回收離子液體的方法，包括如下步 驟： 將權(quán)利要求1-3任一所述能夠富集二氧化碳的產(chǎn)品置于二氧化碳氣氛中吸收二氧化 碳達到平衡后，通入壓縮二氧化碳至體系的壓強為3-15MPa，靜置后降壓，收集析出的固體 和產(chǎn)生的氣體，完成所述殼聚糖的提取、二氧化碳的收集和離子液體的回收。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4-6任一所述的方法，其特征在于：所述離子液體選自1-丁基-3-甲 基咪唑醋酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽和1-丁基-3-甲基咪唑二氯醋酸鹽中的至少一 種； 所述二氧化碳氣氛為煙道廢氣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4-7任一所述的方法，其特征在于：所述溶解步驟中，溫度為 60-130°C，具體為 110°C。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4-8任一所述的方法，其特征在于：所述二氧化碳氣氛中，溫度為 10-50°C，具體為 25°C ;或， 所述吹掃步驟中，溫度為50-90°C，具體為80°C ;或， 所述壓縮二氧化碳的溫度為10_50°C，具體為25°C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4-9任一所述的方法，其特征在于：所述靜置步驟中，時間為1-10小 時；或，所述降壓步驟中，降壓后的最終壓強不大于〇. 〇〇5MPa。
【文檔編號】C08L5/08GK104418322SQ201310368718
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】牟天成, 孫曉甫, 薛智敏 申請人:中國人民大學