[發明專利]一種纖維素納米材料及其連續制備方法

在審

• 申請號: 202210657575.5
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN115029808A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 孫紅男;木泰華;朱順順;馬夢梅;張苗
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院農產品加工研究所
• 主分類號: D01F2/00
• 分類號: D01F2/00;D01C1/00;C08B15/02;B82Y40/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 盛大文

本發明涉及廢棄物利用領域，尤其涉及一種纖維素納米材料及其連續制備方法。所述方法包括將粉碎后的農業廢棄物通過超聲輔助乙醇溶劑提取法處理，得到多酚和殘留的皮渣；對所述殘留的皮渣進行預處理和有機酸水解，得到纖維素納米晶和剩余的皮渣，對剩余的皮渣進行高壓均質處理，得到纖維素納米纖維；所述農業廢棄物包括薯皮、薯渣、紫薯皮渣、甘薯莖葉和甘薯葉渣中的一種或多種，所述有機酸水解處理的酸劑包括檸檬酸。本發明利用紫甘薯皮渣或甘薯葉渣等農業廢棄物富含纖維素的性質，提高加工產業附加值，首先從渣子中提取多酚，并以提完多酚的渣子為原料連續制備纖維素納米晶和纖維素納米纖維，實現對原材料循環利用。

技術領域

本發明涉及廢棄物利用領域，尤其涉及一種纖維素納米材料及其連續制備方法。

背景技術

甘薯(Ipomoea batatas Lam.)為旋花科一年或多年蔓生草本植物，是工業的重要來源之一。它具有豐富的營養價值，富含蛋白質、膳食纖維、礦物質元素和多種維生素等。甘薯莖葉是甘薯生產的主要副產品，一年可收獲3-4次，其產量幾乎與地下部分相同。紫甘薯(Ipomoea batatas(L.)Poir.)，薯皮和薯肉呈紫紅色至紫黑色。它富含花青素、蛋白質、膳食纖維等。目前在甘薯和紫甘薯加工過程中產生大量的薯渣、薯皮等廢棄物，未經處理的薯渣很難被動物直接消化吸收，與甘薯莖葉均只能作為纖維飼料使用，除此之外基本被直接丟棄，造成了資源浪費和環境污染，因此亟需開發資源利用的新方法。

紫甘薯皮和甘薯莖葉均富含多酚類天然抗氧化物質，纖維素含量均在35％左右，可將其作為纖維素原料開發利用。纖維素是自然界中含量最豐富的有機材料，是寶貴的可再生資源。在地球資源日益枯竭的背景下，人們對纖維素這種環境友好型的資源的研究越來越深入，尤其是具有高附加值的纖維素基復合物。納米纖維素是一種性能優異材料，如高長徑比、高機械性能、高結晶度等，在材料領域有廣泛的應用前景。納米纖維素可以分為纖維素納米晶和纖維素納米纖維。纖維素納米晶(Cellulose nanocrystals，CNC)，是從纖維素中來，經過化學法、機械法、生物加工法等，制成的至少有一維為納米級的高分子材料。纖維素納米纖維(Cellulose nanofibrils，CNF)是橫截面為幾納米數量級的絲狀碎片，寬度為5-30nm，縱橫比通常大于50。CNCs和CNFs保留了纖維素可生物降解、良好的生物相容性等原有性能，已被廣泛用于改善產品性能和開發具有獨特性能的材料。迄今為止，有許多制備CNCs和CNFs的方法，如使用無機強酸(如硫酸、硝酸、鹽酸及磷酸)對纖維素進行水解制備CNCs、高壓均質法制備CNFs等，以上方法均存在一定的缺點，如①硫酸水解過程中會引入磺酸酯，從而導致CNCs的熱穩定性較差，影響加工應用；②強酸腐蝕性強，對試驗人員及設備有較大的傷害；③廢酸處理困難，環境污染嚴重，產生酸性廢物難以回收再利用；④所制備的CNCs表面電荷低，分散性差等；CNFs存在尺寸不均一，得率和分散性低等問題，因此發明一種綠色可持續的制備性能優異的納米纖維素的方法至關重要。