[發(fā)明專利]一步法硫酸水解制備纖維素II納米晶方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810361829.2
• 申請(qǐng)日: 2018-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN108752486A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡傳雙;邢理達(dá);古今;章偉偉;關(guān)麗濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08B15/02
• 分類號(hào): C08B15/02
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明公開了一種一步法硫酸水解制備纖維素II納米晶方法，包括苯乙醇抽提生物質(zhì)粉末、亞氯酸鈉脫木素、氫氧化鉀脫半纖維素和硫酸水解等工藝流程。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了纖維素II納米晶型與性能的精準(zhǔn)調(diào)控，制備得到的纖維素II納米晶產(chǎn)率為36.3％、平均長(zhǎng)度為100?115nm，平均直徑為10?12nm，結(jié)晶度為69.8，為纖維素II納米晶工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用提供了新方法和新工藝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米纖維素領(lǐng)域，特別涉及一種硫酸水解一步法制備纖維素II納米晶方法。

背景技術(shù)

利用原料豐富的木材、竹藤材、棉麻類植物和其它農(nóng)林剩余物制備具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高比表面積、熱穩(wěn)定、可再生和可生物降解等特性的納米纖維素，是生物質(zhì)纖維素利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。固態(tài)下纖維素結(jié)晶體聚集態(tài)結(jié)構(gòu)存在天然纖維素(纖維素I)、纖維素II、纖維素III、纖維素IV和纖維素X等五種結(jié)晶體，五種結(jié)晶變體互為纖維素同質(zhì)多晶體，分別屬于單斜晶系和斜方晶系。雖然五種結(jié)晶體化學(xué)組成相同，但具有不同的晶胞單元，因此它們的化學(xué)和熱學(xué)等性質(zhì)存在明顯差異。纖維素的五種結(jié)晶體聚集態(tài)可由X射線衍射、核磁共振、紅外光譜和Raman光譜等測(cè)試方法進(jìn)行區(qū)分和研究。纖維素五種結(jié)晶體相互之間可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化，如圖1所示，其中最重要的轉(zhuǎn)化是天然纖維素I向纖維素II的轉(zhuǎn)化，纖維素II主要通過溶解再生和絲光化兩種技術(shù)途徑得到。

溶解再生制備纖維素II：將天然纖維素溶于溶劑(離子液體，即堿/尿素混合液)中，然后從溶液中重結(jié)晶出來纖維素II；但是，纖維素在溶劑中易被溶解，纖維素的初始晶型和大部分氫鍵都被破壞，導(dǎo)致呈現(xiàn)出較低的結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性。絲光化制備纖維素II：以濃堿液浸泡纖維素而生成堿纖維素，再用水洗干燥得到纖維素II；但是，纖維素在堿液中未發(fā)生溶解，保持了纖維的形態(tài)。纖維素II的主要來源之一是通過濃堿絲光化處理天然纖維素。Okano和Sarko研究指出，絲光化過程中纖維素I向II的轉(zhuǎn)變經(jīng)歷了若干堿纖維素(Na-Cell)的變化，這些Na-Cell在溶液中穩(wěn)定存在。在這個(gè)轉(zhuǎn)化過程中，剛開始?jí)A進(jìn)入微晶間的無定形區(qū)或從纖維素晶體缺陷處進(jìn)入結(jié)晶區(qū)，并生成鈉纖維素I(Na-Cell.I)，他們認(rèn)為Na-Cell.I的分子鏈已經(jīng)是反向平行排列；進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化從纖維素表面開始，逐漸潤(rùn)脹結(jié)晶區(qū)，此時(shí)由于分子間距離的增大，分子內(nèi)氫鍵減弱，相鄰分子鏈間的氫鍵消失，進(jìn)而得到能量最低的中間物Na-Cell.II；當(dāng)進(jìn)行水洗后，Na-Cell.II轉(zhuǎn)化為Na-Cell.IV，此時(shí)纖維素分子內(nèi)的氫鍵體系重建，干燥時(shí)水合Na-Cell.IV由于失去水分子，鏈間的氫鍵自發(fā)地重建起來，成為纖維素II。所以整個(gè)轉(zhuǎn)化過程可看成由形成Na-Cell.I開始的重結(jié)晶過程。

目前，不管是溶解再生還是絲光化制備纖維素II，均存在兩個(gè)主要技術(shù)難題：1)制備工藝復(fù)雜，成本高，效率低；2)廢堿液和溶劑對(duì)環(huán)境造成污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種環(huán)境友好、成本低、工藝簡(jiǎn)單、效率高的硫酸水解一步法制備纖維素II納米晶方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一步法硫酸水解制備纖維素II納米晶方法，包括苯乙醇抽提生物質(zhì)粉末、亞氯酸鈉脫木素、氫氧化鉀脫半纖維素和硫酸水解等工藝流程。

所述苯乙醇抽提生物質(zhì)粉末，包括下述步驟：生物質(zhì)粉末過60～200目篩，甲苯乙醇溶液由甲苯和乙醇按照體積2:1V/V混合而成；用甲苯乙醇溶液萃取生物質(zhì)粉末中的內(nèi)含物，每小時(shí)循環(huán)4～5次，抽提20～24h后，將提取物在通風(fēng)處放置，使殘留的乙醇、甲苯揮發(fā)完全，然后在50～60℃溫度下干燥至絕干，得到甲苯乙醇溶液萃取后的生物質(zhì)纖維。