[發(fā)明專利]一種納米微晶纖維素的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610178020.7
• 申請(qǐng)日: 2016-03-28
• 公開（公告）號(hào): CN105622766B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐艷軍;黃彪彪;郭大亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08B15/02
• 分類號(hào): C08B15/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司33100
• 代理人: 王佳健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米微晶纖維素的制備方法。此發(fā)明是以天然或改性的纖維素或纖維為原料，以水/離子液體為反應(yīng)介質(zhì)、基于目標(biāo)催化劑催化效應(yīng)，通過調(diào)控催化過程參數(shù)實(shí)現(xiàn)纖維素可控水解反應(yīng)，制備得到納米微晶纖維素。

背景技術(shù)

納米微晶纖維素（Nanocrystalline cellulose, NCC），是對(duì)纖維素進(jìn)行一定處理，將纖維素中的無定形區(qū)及低結(jié)晶度的結(jié)晶區(qū)破除，提取得到的一種纖維素結(jié)晶體。納米微晶纖維素具有優(yōu)異的力學(xué)性能、巨大的比表面積（~70）、高結(jié)晶度（>70%）、高楊氏模量、高強(qiáng)度(7500MPa)、超精細(xì)結(jié)構(gòu)和高透明性，良好的生物可降解性與生物相容性以及穩(wěn)定的化學(xué)性能。鑒于其獨(dú)特的物理化學(xué)性能，其在精細(xì)化工、醫(yī)藥、食品、超微復(fù)合材料、熱交換材料和新能源等領(lǐng)域具備強(qiáng)大應(yīng)用潛力。因此，納米微晶纖維素的研究與開發(fā)具有重要的科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值。

目前，納米微晶纖維素最常見的制備方法為酸水解法。通過硫酸水解或鹽酸水解即可獲得納米微晶纖維素。但是，強(qiáng)酸水解會(huì)導(dǎo)致大量酸性基團(tuán)附于纖維素表面，使得納米微晶纖維素具有較差的熱穩(wěn)定性，這嚴(yán)重制約了納米微晶纖維素的高值化應(yīng)用。另外，強(qiáng)酸水解會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，不利于環(huán)境保護(hù)，從而成為制約納米微晶纖維素工業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸問題。因而，研究開發(fā)一種環(huán)境友好型、高效可控的納米微晶纖維素制備方法顯得非常迫切。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)此問題，本發(fā)明的目的是提供一種納米微晶纖維素的新型制備方法。以水/離子液體為反應(yīng)介質(zhì)（綠色溶劑體系）、基于目標(biāo)催化劑催化效應(yīng)（全程無酸），通過調(diào)控催化過程參數(shù)實(shí)現(xiàn)纖維素可控水解反應(yīng)，制備得到納米微晶纖維素。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程相對(duì)環(huán)境友好、高效可控。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一、首先將纖維素或纖維原料加入到水/離子液體介質(zhì)中，在一定攪拌速度下緩慢加入負(fù)載貴金屬催化劑/負(fù)載非貴金屬催化劑，混合均勻后在一定溫度壓力下反應(yīng)規(guī)定時(shí)間；反應(yīng)結(jié)束后，將混合物轉(zhuǎn)入超聲處理；隨后加水終止反應(yīng)，對(duì)懸浮液體系進(jìn)行離心分離，得到納米微晶纖維素膠體；最后依據(jù)實(shí)際需求經(jīng)冷凍干燥得到納米微晶纖維素粉末。制得的納米微晶纖維素呈棒狀或針狀，長(zhǎng)度約200-500nm，直徑約20-80nm，水相分散均勻穩(wěn)定，平均粒徑約300-500nm。

進(jìn)一步說，所述的天然或改性的纖維素或纖維，包括微晶纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、醋酸纖維素等纖維素原料及硫酸鹽漿纖維、亞硫酸鹽漿纖維原料等。

進(jìn)一步說，所述的水/離子液體反應(yīng)介質(zhì)，可以是單一的去離子水、咪唑類離子液體反應(yīng)介質(zhì)，也可以是去離子水與咪唑類離子液體共存的反應(yīng)介質(zhì)。

進(jìn)一步說，所述的負(fù)載貴金屬催化劑/負(fù)載非貴金屬催化劑，可以是單一的Pt/多壁碳納米管、Ni/單壁碳納米管催化劑，也可以是Pt/多壁碳納米管、Ni/單壁碳納米管催化劑共存的反應(yīng)體系。

進(jìn)一步說，所述的纖維素原料總質(zhì)量為A，水/離子液體反應(yīng)介質(zhì)總質(zhì)量為A的50～100倍，負(fù)載貴金屬催化劑和/或負(fù)載非貴金屬催化劑總質(zhì)量為（0.5～5）%A。

進(jìn)一步說，所述的調(diào)控催化過程參數(shù)，反應(yīng)溫度100～400℃，壓力10～30Mpa，時(shí)間60～180min。

進(jìn)一步說，所述的超聲功率為2000W、超聲環(huán)境為冰水浴。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：其一、以水/離子液體為反應(yīng)介質(zhì)，完全綠色溶劑體系，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求，的確為面向工業(yè)化生產(chǎn)納米微晶纖維素的設(shè)計(jì)思路；其二，基于目標(biāo)催化劑催化作用，通過調(diào)控催化過程參數(shù)實(shí)現(xiàn)纖維素可控水解反應(yīng)得到納米微晶纖維素，制備工藝流程簡(jiǎn)單，且易操作和控制；三、與傳統(tǒng)強(qiáng)酸水解方法比較，過程用水量及化學(xué)品用量大大減少，既有效降低了成本、又明顯減少了環(huán)境污染。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

首先將10g微晶纖維素原料加入到500mL水/咪唑類離子液體介質(zhì)中，在500rpm攪拌速度下緩慢加入0.05g Pt/多壁碳納米管/Ni/單壁碳納米管催化劑，混合均勻后在溫度為130℃、壓力20MPa下持續(xù)反應(yīng)180min；反應(yīng)結(jié)束后，將混合物轉(zhuǎn)入冰水浴超聲 (2000W) 處理5min；隨后加水終止反應(yīng)，對(duì)懸浮液體系進(jìn)行離心分離，得到納米微晶纖維素膠體；最后依據(jù)實(shí)際需求經(jīng)冷凍干燥得到納米微晶纖維素粉末。

實(shí)施例2：