[發明專利]一種酶預處理結合機械研磨制備納米纖維素的方法

有效

• 申請號: 201610198165.3
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN107287956B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 陳媛;李改云;何玉嬋
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院木材工業研究所
• 主分類號: D21C5/00
• 分類號: D21C5/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 翟衛華

本發明公開了一種酶預處理結合機械研磨制備納米纖維素的方法，該方法不需要添加任何化學試劑，污染程度小，而且采用酶預處理降低了機械研磨的能耗。其特征在于，包括如下步驟：1）桉木紙漿經潤脹一定時間后，過濾；2）過濾后的紙漿經pH值為4.8~5.5的緩沖溶液溶解，并加入一定量的纖維素復合酶，在50℃的搖床中恒溫震蕩一定時間后，在80℃震蕩30min中止酶反應，用蒸餾水清洗至中性；3）酶解后的紙漿配成一定質量分數的溶液，進行研磨處理兩次，得到半透明的納米纖維素溶液。本發明以桉木紙漿為原料，采用酶預處理結合機械研磨法，制備具有綠色無污染、節能環保的生物質納米纖維素材料，該方法符合現代社會綠色環保的要求。

技術領域

本發明涉及一種酶預處理結合機械研磨制備納米纖維素的方法，該方法綠色環保、操作簡易，獲得的纖維素納米纖絲，屬于天然高分子領域、也屬于林業工程、包裝工程、新材料領域。

背景技術

纖維素是木材及農作物秸稈的主要組分，約占木材及農作物秸稈重量的50％，是自然界中最豐富的生物材料，在植物界分布非常廣泛，屬于自然界中取之不盡，用之不竭的可再生天然高分子材料，隨著全球資源的減少以及環境污染等問題的出現，纖維素及其衍生產品的開發利用成為極具重要意義的研究項目之一。纖維素資源的廉價、來源廣泛、綠色成為一種可持續發展的新資源。隨著納米科學的快速發展，在納米尺度范圍內操控纖維素分子，并獲得性能優異的納米纖維素新材料，成為目前林業科學發展的一個熱點研究領域。

納米纖維素的粒徑一般在15～100nm之間，具有較高的比表面積，在水中易分散形成穩定的納米纖維素膠體。納米纖維素顯現出的小尺寸效應、量子效應、表面效應和宏觀量子隧道效應等特點，使其在吸附、催化、擴散燒結、電、磁、光等物理、化學、力學特性等都與宏觀物體顯著不同，具有許多優良的特性，如高結晶度、高純度、高楊氏模量、高強度、高親水性、超精細結構和高透明性等，加之具有天然纖維素輕質、可降解、生物相容及可再生等特性，使其廣泛的應用于造紙、生物醫藥、化妝品、食品工業、儲能、吸附過濾材料、建筑業等領域，被評為21世紀最具有應用前景的新材料之一。纖維素本身具有納米尺度結構的纖維，從天然纖維中分離出的納米纖絲具有低密度、高強度、比表面積大，表面活性高、可生物降解等優點，在醫藥衛生，電子工業，精細化工，增強材料等領域具有巨大的應用前景。從生物質纖維素到納米材料，利用其分子結構、化學性能制備特殊功能化產品，提高生物質纖維素的附加值和利用效率，不僅僅是林木產業發展的需要，更已成為國家經濟社會發展的迫切需要。

由于纖維素極具潛力的應用價值，目前，世界各國均展開了對纖維素的研究工作，包括對納米纖維素的大規模制備，同時也取得了許多成果。在目前的研究中，制備納米纖維素的方法多種多樣，簡單的分為機械法(高壓均質、微射流、研磨法、冷凍粉碎)、化學法(酸水解、TEMPO氧化)，生物法等。由于機械法制備納米纖維素不需要添加化學試劑，污染程度小，因此，機械法是納米纖維素制備的主要方法，國外一些國家已經實現了納米纖維素的中試規模化制備。但是由于植物纖維的多層結構以及纖維素聚集狀態結構復雜，制備納米纖維素對設備要求高，耗能高，效率低。而采用化學法預處理，設備易腐蝕，且環境污染大。因此，采用纖維素酶預處理可以有效降低能量消耗，提高生產效率。纖維素酶可以通過將纖維素大分子鏈切斷成小片段以達到水解纖維素纖維的目的。酶處理是一個溫和的生物過程，纖維素酶可以柔化、脹化纖維，增加細胞壁的分層，加速纖維素納米化，有利于機械處理。此外，纖維素酶專一性強，為可再生資源，符合現代社會綠色環保的要求。

發明內容

本發明的目的在于提出一種酶預處理結合機械研磨制備納米纖維素的綠色簡易方法，其目的在于克服機械制備方法的高能耗，采用酶預處理實現綠色的工業化生產，該方法成本低，效率高，對環境沒有污染，所制備的微、納米尺度的纖維素纖絲，可以用于電子紙、光學透明紙、太陽能電池、高性能復合紙等具有高附加值產品或行業。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

(1)準確稱取一定質量的紙漿，撕剪成小碎塊；