[發明專利]一種納米纖維素的環保制備和藥液回收方法

在審

• 申請號: 202110607105.3
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113338070A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 宋君龍;王清誠;郭家奇
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: D21H11/18
• 分類號: D21H11/18;D21C3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是一種納米纖維素的環保制備和藥液回收方法，它包括如下操作步驟：將植物纖維原料、冰醋酸(17.5mol/L)、質量濃度為30％的雙氧水混合，在60℃條件下低溫浸泡24?150小時，停止加熱終止反應，靜置使原料沉底，回收上層溶液，用去離子水過濾洗滌下層沉淀物，直至濾液pH呈弱酸性，沉淀部分通過低功率超聲波細胞粉碎儀處理，得到均一的納米纖維素；往回收的上層溶液中加入無水硫酸銅粉末，直至所有水與硫酸銅發生水合生成五水硫酸銅晶體，過濾分離五水硫酸銅和冰醋酸實現循環利用。本發明所用化學產品種類少，除廉價易得之外還能高效綠色回收再次使用。

技術領域

本發明涉及一種納米纖維素的環保制備和藥液回收方法，屬于新型納米材料領域和環保領域。

技術背景

納米纖維素是指從纖維原料中分離出的至少有一維在納米尺度范圍內的纖維素材料。它不僅具有天然纖維素無毒、再生、可降解的性質，還具有納米材料的典型特質，比表面積大、高親水性、高透明性、高強度、高楊氏模量、低熱膨脹系數等優點，可廣泛應用于可降解塑料增強劑、流變調節劑、增稠劑等諸多領域。

目前，納米纖維素分為棒狀、球狀、片狀以及纖絲狀。采用無機強酸的混酸處理微晶纖維素，經多次純化處理后，可以得到纖維素納米球(Langmuir，2008，24：5-8)；采用鹽酸和硫酸混合水解木材，可以制備得到棒狀纖維素納米晶體(Ind.Eng.Chem.Res.，1947，39：1507-1512)；采用微射流等處理技術對預處理的木漿進行機械處理，可以得帶纖絲狀的纖維素納米纖絲(Bioresource Technology，2012，125：249-255)；采用球磨和非極性溶劑體系協同作用于纖維素粉末，可以制備得到纖維素納米片(Cellulose，2019，26：3143-3153)。然而，納米纖維素的種類依然非常稀少。

對于纖絲狀納米纖維素，常用的制備方法為酸水解、生物酶水解、低共熔溶劑、TEMPO氧化、離子液體等對原材料進行預處理，然后采用高壓均質法、微射流、研磨機等進行機械處理。但目前這些制備策略最主要的問題是需要極大的能耗，預處理不可避免的會對環境造成污染。

綜上所述，急需開發新的納米纖維素種類及其綠色環保、低能耗的制備技術。本發明采用無毒無害的冰醋酸及雙氧水組成綠色環保混合溶劑，通過一步法處理植物纖緋原料(包括桉木、麥草、竹子、水杉和楊木)，制備得到尺寸均的納米纖維素。由于所采用溶劑雙氧水在反應后只留下了水，僅需要把醋酸溶液與水分離，本專利采用無水硫酸銅吸收水分，形成五水硫酸銅的藍色結晶，分離就可以回收冰醋酸。而五水硫酸銅的藍色結晶通過加熱即可變成無水硫酸銅從而實現循環。

發明內容

本發明涉及一種納米纖維素的環保制備和藥液回收方法，其特征包括以下步驟：

步驟(1)：植物原料采用桉木、麥草、竹子、水杉和楊木等；

步驟(2)：所采用處理藥液為冰醋酸(17.5mol/L)和雙氧水(30wt％)的混合溶液體系，二者混合體積比例為1∶2～2∶1；

步驟(3)：本步驟(1)原料進行備料，切成火柴棍大小；

步驟(4)：將步驟(3)的小木條直接浸泡在步驟(2)的溶液體系內，木片與溶液的體積比例為1∶1～1∶6，升溫至60℃并保溫，所述浸泡時間為24～150小時；

步驟(5)：將步驟(4)得到的樣品靜置，使纖維沉底，使用去離子水過濾洗滌纖維直至濾液pH呈弱酸性；

步驟(6)：將步驟(2)中得到的樣品通過低功率超聲波細胞粉碎儀、高壓均質法、微射流、研磨機處理，即得到納米纖維素；

步驟(7)：將步驟(4)的濾液中加入無水硫酸銅粉末，無水硫酸銅粉末與水反應生成水合硫酸銅藍色結晶，沉淀析出；

步驟(8)：過濾步驟(7)的濾液，分離得到高濃度的醋酸溶液和水合硫酸銅晶體；