[發明專利]一種Ⅰ晶型生物質納米纖維素及其超快速制備方法

有效

• 申請號: 202010345966.4
• 申請日: 2020-04-27
• 公開（公告）號: CN111363050B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 周立娟;張建明;段詠欣;劉樂歡;于鑫
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08B15/02
• 分類號: C08B15/02
• 代理公司: 深圳國聯專利代理事務所(特殊普通合伙) 44465
• 代理人: 王天興

本發明提供一種Ⅰ晶型生物質納米纖維素及其超快速制備方法，以纖維素為原料，通過構建氧化劑的堿性反應體系，超快速制備Ⅰ晶型生物質納米纖維，反應的溫度為20?50℃，反應的時間為0.1?2.5h；所述氧化劑是過氧類、高錳酸鹽類的至少一種。該方法簡單易行，能以纖維素為原料，方法綠色環保，不需要使用大量有機溶劑。

技術領域

本發明涉及納米材料制備領域，尤其涉及一種I晶型生物質納米纖維素及其超快速制備方法。

背景技術

纖維素是自然界中存在量最大的天然生物材料，其廣泛存在于綠色植物、海洋動物等生物體中。通過除去纖維素原料中的非晶區，可以得到納米尺寸的納米纖維素。納米纖維素具有低密度、高強度、高長徑比等特點；還具有高比表面積、可反應表面、結晶度高等優點，是一種性能優良的增強劑，在高性能復合材料制備領域具有巨大的應用價值。此外，納米纖維素可以穩定分散于水相體系中，可與適當單體以水為反應介質進行接枝，這是其它形態纖維素無法做到的，這在一定程度上拓寬了納米纖維素的應用范圍。

現有技術中，納米纖維素的制備大多采用酸解法、Tempo試劑氧化法等；其中：酸解法產率不高，且容易對環境造成酸污染，即便實現酸的回收亦會使生產成本大幅增加，不適合工業化大規模生產；Tempo試劑氧化法制備過程復雜苛刻、耗時長，且Tempo試劑價格昂貴，工業化生產成本高。

專利號為CN 201710176952.2的中國發明專利采用在弱酸性環境中，使用金屬氧酸鹽為氧化劑配合有機酸的方法制備纖維素納米晶，該方法反應溫度為50-150℃，反應時間為5-72h，反應溫度較高，反應時間相對較長。

為了進一步提高纖維素納米晶的制備效率，申請號為CN 201810298044.5的中國發明發專利采用金屬氧酸鹽和還原劑配合使用，并在反應過程中配合使用機械破碎的方法制備纖維素納米晶，該方法水解反應的溫度為20-100℃，反應時間縮短到1-22h，這在一定程度上降低了可反應的溫度，縮短了反應時間，提高了纖維素納米晶的制備效率，但是該方法在反應過程中需配合使用機械破碎，制備過程相對繁瑣。

為了提高含有過硫酸根的氧化劑在制備生物基納米材料的過程中，其參與的氧化反應的效率，申請號為201811086869.7的中國發明專利采用過硫酸根活化法協同高級氧化技術，并在反應過程中配合使用機械破碎的方法制備纖維素納米晶，該方法所能處理的纖維素原料種類更加豐富，且水解反應時間可縮短至0.51-9h，纖維素納米晶制備效率更高，但是該方法亦需要在制備過程中配合使用機械破碎，制備過程相對繁瑣。

因此，開發一種更加簡便快捷、成本低、產率高的納米纖維素高效制備方法具有重要意義。

發明內容

發明目的

為了解決現有技術中納米纖維素制備過程繁瑣的問題，本發明提供一種Ⅰ晶型生物質納米纖維素的超快速制備方法，以纖維素為原料，通過構建氧化劑的堿性反應體系，超快速制備Ⅰ晶型生物質納米纖維，反應的溫度為20-50℃，反應的時間為0.1-2.5h；所述氧化劑是過氧類、高錳酸鹽類的至少一種。該方法簡單易行，能以纖維素為原料，方法綠色環保，不需要使用大量有機溶劑。

在一種可能的實施方式中，所述過氧類氧化劑包括過氧化氫、過氧化鈉、過氧化鉀、過氧化鈣、過氧化鎂、過氧化鋅、過氧化鍶、過一硫酸、過二硫酸、過一硫酸氫鉀、過一硫酸氫鈉、過一硫酸氫銨、過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉中的一種或幾種。

在一種可能的實施方式中，所述高錳酸鹽類氧化劑包括高錳酸鋰、高錳酸鈉、高錳酸鉀、高錳酸銨、高錳酸鈣、高錳酸鋇、高錳酸鋅、高錳酸鎂、高錳酸汞、高錳酸鎘、高錳酸銣中的一種或幾種。

在一種可能的實施方式中，所述反應的溫度為25-35℃，反應的時間為0.5-1.5h。

具體的，在一種可能的實施方式中，制備方法包括以下步驟：