[發明專利]一種木素基固體酸預處理制備長棒狀纖維素納米纖絲的方法

在審

• 申請號: 201910643456.2
• 申請日: 2019-07-17
• 公開（公告）號: CN110735343A
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 徐峻;朱師云;陳克復;王斌;高文花;曾勁松;李軍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: D21B1/02
• 分類號: D21B1/02
• 代理公司: 44102 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 何淑珍;隆翔鷹

本發明公開了一種木素基固體酸預處理制備長棒狀纖維素納米纖絲的方法，包括以下步驟：（1）將堿木素置于N₂氛圍下部分碳化，然后用濃硫酸磺化處理，磺化后用蒸餾水洗滌，再真空干燥，研磨過篩制得木素基固體酸；（2）將所述木素基固體酸和溶解漿纖維混合后進行預水解處理；（3）將水解底物進行離心分離，去除上清液后，分別得到纖維殘渣和木素基固體酸；分離的纖維殘渣用微射流均質機機械解離得到所述長棒狀纖維素納米纖絲；分離的木素基固體酸再次用于溶解漿纖維的預水解處理。本發明方法獲得的纖維素納米纖絲結晶度高，得率高（80%以上），生產過程能耗低，具有固體酸可重復利用且對反應器無腐蝕、操作簡單、高效環保的特點。

技術領域

本發明涉及一種植物纖維素納米纖絲的高得率低能耗的制備方法，具體為一種木素基固體酸預處理制備長棒狀纖維素納米纖絲的方法。

背景技術

近年來，綠色、生態、低碳、循環可持續的理念加速了植物納米材料的快速發展。纖維素納米纖絲纖維作為一種具有高比表面積、高長徑比、低熱膨脹系數、良好的力學性能以及可再生和可生物降解等特點的植物納米材料受到越來越多的關注。節能降耗、降低成本已成為制約纖維素納米纖絲綠色低碳制備和應用的主要技術瓶頸。纖維素納米纖絲的制備主要以高壓均質處理為主，化學、生物酶、機械剪切等預處理為輔以降低高壓均質的能耗及避免均質機堵塞情況。其中，TEMPO化學氧化預處理方法的化學試劑不能循環利用，成本高；強酸化學預處理后的纖維得率下降明顯、酸難以重復利用；機械剪切預處理仍存在能耗較高的問題。因此，纖維素預處理的低耗高效高得率，對于纖維素納米纖絲的制備以及后續應用具有極其關鍵的作用。

專利CN103061174B公開了一種強酸預處理輔助制備纖維素納米纖絲的方法，所述方法首先利用60～70wt％濃硫酸或鹽酸在40～60℃條件下將漂白紙漿纖維水解預處理1.0～1.5h，潤脹、溶解和打開纖維素部分無定形區，然后利用高速均質化機械剪切快速獲得纖維素納米纖絲。但是酸解液反復水洗至中性，且用一定量的堿中和未反應的酸，導致酸的消耗且難以回收重復利用，纖維素的得率較低。

固體酸是典型的異相催化劑，固體酸催化劑不僅能在一定程度上彌補液體酸的缺點，還具有易分離、處理簡單、可重復利用的優點，極大地優化了固體酸的經濟使用性。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供了一種木素基固體酸預處理制備長棒狀纖維素納米纖絲的方法，以解決上述背景技術中的缺點。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

一種木素基固體酸預處理制備長棒狀纖維素納米纖絲的方法，區別于其它工藝的顯著特點是利用可回收再利用的木素基固體酸預處理溶解漿，破壞纖維素部分非結晶區但對纖維素得率影響有限，然后使用微射流均質方法獲得長棒狀纖維素納米纖絲，包括以下步驟：

(1)將堿木素置于N₂氛圍下部分碳化，然后用濃硫酸磺化處理，磺化后用蒸餾水洗滌去除游離的硫酸根離子，再真空干燥，研磨過篩制得木素基固體酸；

(2)將所述木素基固體酸和溶解漿纖維混合后進行預水解處理；

(3)將水解底物進行離心分離，去除上清液后，分別得到纖維殘渣和木素基固體酸；分離的纖維殘渣用微射流均質機機械解離得到所述長棒狀纖維素納米纖絲；分離的木素基固體酸再次用于溶解漿纖維的預水解處理。

進一步的，所述步驟(1)中堿木素是從生物乙醇產業的副產物-玉米秸稈酶解殘渣中經堿溶酸析法提取得到。

進一步的，所述步驟(1)中碳化過程中，碳化溫度為400～500℃，碳化時間為1～3h。

進一步的，所述步驟(1)中磺化過程中，磺化溫度為140～160℃，磺化時間為8～12h。

進一步的，所述步驟(1)中真空干燥的溫度為40～60℃，時間為12～24h；過篩目數為 100～200目。