[發(fā)明專利]一種利用BminHSO4體系制備纖維素納米晶體的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810651395.X
• 申請(qǐng)日: 2018-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN108774288A
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊桂花;劉昭祥;和銘;陳嘉川;薛玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08B15/02
• 分類號(hào): C08B15/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發(fā)明公開了一種利用BminHSO₄體系制備纖維素納米晶體的方法，將微晶纖維素在BminHSO₄離子液體中制備成纖維素納米晶體。微晶纖維素經(jīng)過(guò)BminHSO₄離子液體處理后，將其反應(yīng)體系加入冷去離子水淬滅反應(yīng)，然后超聲與離心處理，得到的纖維素納米晶體進(jìn)行冷凍干燥，最終得到纖維素納米晶體。本發(fā)明的制備方法所用的離子液體可回收利用，相對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)酸水解法，制備體系中不存在殘存的酸，避免了酸對(duì)環(huán)境的污染，且無(wú)需大量的水來(lái)進(jìn)行透析，是一種綠色化學(xué)的制備方法，產(chǎn)品結(jié)晶度高，性能優(yōu)良。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及木質(zhì)纖維素材料領(lǐng)域，特別涉及一種纖維素納米晶體的制備方法。

背景技術(shù)

地球上的石油、煤炭等傳統(tǒng)不可再生資源在日益枯竭，能源的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為世界關(guān)注的重點(diǎn)。而纖維素是地球上最豐富的天然可再生資源之一，具有價(jià)廉、可生物降解和均質(zhì)性等優(yōu)勢(shì)，已成為制漿造紙、紡織、高分子材料和醫(yī)藥等傳統(tǒng)工業(yè)的重要原料。所以，如何高效的開發(fā)利用纖維素等可再生資源已成為當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要難題。

在開發(fā)利用可再生能源纖維素方面，利用其制備的纖維素納米晶體在聚合物基體中的納米增強(qiáng)作用得到了世界的關(guān)注。纖維素納米晶體的增強(qiáng)能力在于它們的高表面積和良好的機(jī)械性能。除此之外，其他性能如低密度，可生物降解性和可再生資源的可用性。人們對(duì)這些納米纖維素材料的興趣越來(lái)越大。

生產(chǎn)纖維素納米晶體的制備方法有酸解、酶解和氧化三大類方法，其中最常用的方法是酸解，硫酸、鹽酸和氫溴酸通常用于水解纖維素。限制使用纖維素納米晶體作為納米增強(qiáng)劑的主要缺點(diǎn)是使用有毒的濃酸，納米顆粒與酸性溶液的分離耗時(shí)且乏味，有一定的危險(xiǎn)性，需要耐腐蝕的反應(yīng)器，且酸水解過(guò)程中產(chǎn)生的酸廢水對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。這些缺點(diǎn)成為發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)纖維素納米晶體的更有效技術(shù)的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。

離子液體作為一種新型溶劑，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高聚物表現(xiàn)出很強(qiáng)的溶解能力，這為包含纖維素、木質(zhì)纖維素等在內(nèi)的生物質(zhì)資源的高效降解、改性、分離和加工提供了一條新的途徑。離子液體是指在30-100℃呈液態(tài)且由有機(jī)陽(yáng)離子和有機(jī)或無(wú)機(jī)陰離子構(gòu)成的物質(zhì)，又稱室溫離子液體。作為熔點(diǎn)高于100℃的有機(jī)鹽的離子液體由于其具有吸引人的性質(zhì)如化學(xué)和熱穩(wěn)定性，不可燃性，不可估量的低蒸汽壓和可設(shè)計(jì)的特性以滿足特定用途，由于這些獨(dú)特性能，離子液體被廣泛應(yīng)用于有機(jī)物的萃取與分離、有機(jī)合成及電化學(xué)等領(lǐng)域，被認(rèn)為是代替易揮發(fā)分子溶劑的綠色溶劑，其應(yīng)用研究在世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注。所以，使用離子液體制備纖維素納米晶體的方式為纖維素的高效開發(fā)利用提供了新的思路。但是目前公開的采用離子液體制備纖維素納米晶體的結(jié)晶度較低，如李艷峰，采用離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯再生甘蔗渣纖維素纖維，結(jié)晶度為28.29％；專利CN 106283782 B公開用氨基酸離子液體制備納米纖維素，其制備得到固態(tài)的納米纖維素在85％左右。因此，亟待開發(fā)一種新的纖維素納米晶體制備方法，使納米纖維素產(chǎn)品結(jié)晶度高，性能優(yōu)良。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供了一種新的比較綠色的纖維素納米晶體制備方法，采用BminHSO₄離子液體，其中文名稱為：1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽，將微晶纖維素在BminHSO₄體系中處理，再通過(guò)超聲與離心處理來(lái)制備纖維素納米晶體，獲得的產(chǎn)品結(jié)晶度高，性能優(yōu)良。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種在BminHSO₄體系中制備纖維素納米晶體的方法，包括如下步驟：

(1)烘箱干燥：將微晶纖維素烘箱干燥；

(2)水解處理：將純度為95％的1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽在水浴中微熱處理，然后加入上述干燥后的微晶纖維素，得到混合溶液，其中微晶纖維素在混合溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-15％；