一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法。包括按質(zhì)量比為1：50～100稱取生物質(zhì)纖維和苯醇溶液，然后加入到亞氯酸鈉溶液，與KOH溶液混合，通過水浴鍋密封中加熱；然后進(jìn)行超聲波處理和電暈處理；納米纖維懸濁液進(jìn)行冷凍干燥、超臨界干燥或者臨界點(diǎn)干燥。本發(fā)明將生物質(zhì)纖維經(jīng)苯醇溶液抽提，去除生物質(zhì)纖維中的可溶性物質(zhì)，再用亞氯酸鈉脫除木質(zhì)素、KOH溶液脫除半纖維素，然后再次脫除木質(zhì)素和半纖維素；用鹽酸處理脫除堿不溶半纖維素及木質(zhì)素，最后超聲波破碎處理，再進(jìn)行電暈擊流得到具有高長徑比、高的生物質(zhì)纖維素納米纖維，具有更好的纖維分布，微觀結(jié)構(gòu)均勻性能好，具有更好的力學(xué)性能。
【專利說明】
一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料的物理性質(zhì)與常規(guī)材料不同。例如，納米金的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于常態(tài)金的熔點(diǎn)(10640C)，而且顆粒尺寸越小，熔點(diǎn)也越低:當(dāng)顆粒半徑為5nm、3nm和2nm時(shí)，熔點(diǎn)分別為900°C、770°C和500°C。納米材料的顏色也往往不同于常規(guī)材料。例如，金是黃色的，而納米金則呈紅色。納米技術(shù)還可以改變材料的表面性能。例如，透過用水沖過的納米Ti02處理過的玻璃可以清晰地看到后面的實(shí)物，但未處理的玻璃表面上卻因水的條紋而看不清后面的物體。
[0003]木材/木質(zhì)纖維素是一種普遍存在的蘊(yùn)藏最為豐富的自然生物資源，具有納米級纖維結(jié)構(gòu)，并具有可控的“自組裝”(Self-assembly)性能。作為一種納米材料，木材/木質(zhì)纖維素與其他納米材料的相互作用還遠(yuǎn)沒有得到充分的開發(fā)和利用，還可開發(fā)出很多種功能與用途，同時(shí)，應(yīng)用于生物材料分析的新技術(shù)在木質(zhì)纖維素領(lǐng)域中應(yīng)用，可以開發(fā)出木質(zhì)纖維素的更多新用途，因此，木質(zhì)纖維素的研究將成為開發(fā)生物質(zhì)資源可持續(xù)性經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。
[0004]由于纖維素分子鏈間存在較高的氫鍵作用力，使得制備的納米纖維間容易相互聚集成直徑高于10nm的纖維聚集體，這部分纖維在使用時(shí)不易均勻分散，影響了增強(qiáng)效果；利用微生物發(fā)酵制備細(xì)菌纖維素，可制備出直徑尺寸分布均勻、網(wǎng)狀纏結(jié)的高長徑比納米纖維，但是這一材料的制備成本較高，對制備條件和制備過程的要求也比較苛刻，影響了納米纖維的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法，通過將生物質(zhì)纖維經(jīng)苯醇溶液抽提，去除生物質(zhì)纖維中的可溶性物質(zhì)，再用亞氯酸鈉脫除木質(zhì)素、KOH溶液脫除半纖維素，然后再次脫除木質(zhì)素和半纖維素；用鹽酸處理脫除堿不溶半纖維素及木質(zhì)素，最后超聲波破碎處理，再進(jìn)行電暈，得到一種高品質(zhì)生物質(zhì)纖維素納米纖維。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明為一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法，包括如下步驟，
[0008]步驟一:按質(zhì)量比為1:50?100稱取生物質(zhì)纖維和苯醇溶液，并將生物質(zhì)纖維置于苯醇溶液中，在溫度為85°C?95°C的條件下抽提5h?7h;
[0009]步驟二:配制質(zhì)量濃度為I%?2 %的亞氯酸鈉溶液，并調(diào)節(jié)其pH值為4?5，然后將經(jīng)步驟一處理的生物質(zhì)纖維加入到亞氯酸鈉溶液中保持4h?6h，期間每隔0.9?1.1h繼續(xù)向亞氯酸鈉溶液中補(bǔ)加亞氯酸鈉和冰醋酸，以保持亞氯酸鈉溶液中亞氯酸鈉的質(zhì)量濃度為1%?2%，亞氯酸鈉溶液的pH值為4?5;
[0010]步驟三:將經(jīng)步驟二處理的生物質(zhì)纖維加入到質(zhì)量濃度為1.5 %?2.5 %的KOH溶液中，混合均勻，在溫度為80 °C?100 0C條件下保持1.5h?2.5h;
[0011 ] 步驟四:按63mL?67mL蒸饋水加入0.4mL?0.6mL冰醋酸和0.5g?0.7g亞氯酸鈉的比例，將冰醋酸和亞氯酸鈉加入到蒸餾水中制成溶液，并將經(jīng)步驟三處理的生物質(zhì)纖維加入到溶液中，密封后置于72 °C?77°C的水浴鍋中加熱處理0.8h?1.2h;
[0012]步驟五:將經(jīng)步驟四處理后的生物質(zhì)纖維加入到質(zhì)量濃度為4.5%?5.5%的KOH溶液中，混合均勻，在溫度為80°C?100°C條件下保持1.5h?2.5h;
[0013]步驟六:將經(jīng)步驟五處理后的生物質(zhì)纖維加入到質(zhì)量濃度為0.8%?1.2 %的鹽酸中，密封后置于75 °C?85°C的水浴鍋中加熱1.8h?2.2h ；
[0014]步驟七:將經(jīng)步驟六處理后的生物質(zhì)纖維加入到水中，然后進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為400W?2000W，超聲時(shí)間為5min?30min，得到納米纖維懸濁液；
[0015]步驟八:將步驟七得到的納米纖維懸濁液進(jìn)行電暈處理，電暈時(shí)間為30s-60s;
[0016]步驟九:將經(jīng)步驟八得到的納米纖維懸濁液進(jìn)行冷凍干燥、超臨界干燥或者臨界點(diǎn)干燥。
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟一中所述的生物質(zhì)纖維為50目?70目的木纖維、50目?70目的竹纖維、50目?70目的棉纖維、50目?70目的麻纖維。
[0018]進(jìn)一步地，所述步驟二中配制質(zhì)量濃度為1.1 %?1.9%的亞氯酸鈉溶液，并調(diào)節(jié)其pH值為4.2?4.8，然后將經(jīng)步驟一處理的生物質(zhì)纖維加入到亞氯酸鈉溶液中保持4.2h?
5.8h，期間每隔0.95?1.05h向亞氯酸鈉溶液中補(bǔ)加亞氯酸鈉和冰醋酸，以保持亞氯酸鈉溶液中亞氯酸鈉的質(zhì)量濃度為1.1%?1.9%，亞氯酸鈉溶液的pH值為4.2?4.8。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟四中按64mL?66mL蒸饋水加入0.44mL?0.55mL冰醋酸和
0.55g?0.65g亞氯酸鈉的比例，將冰醋酸和亞氯酸鈉加入到蒸餾水中制成溶液。
[0020]進(jìn)一步地，所述步驟四中將經(jīng)步驟三處理的生物質(zhì)纖維加入到溶液中，密封后置于73°C?76°C的水浴鍋中加熱處理0.9h?1.1h。
[0021]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]本發(fā)明將生物質(zhì)纖維經(jīng)苯醇溶液抽提，去除生物質(zhì)纖維中的可溶性物質(zhì)，再用亞氯酸鈉脫除木質(zhì)素、KOH溶液脫除半纖維素，然后再次脫除木質(zhì)素和半纖維素；用鹽酸處理脫除堿不溶半纖維素及木質(zhì)素，最后超聲波破碎處理，再進(jìn)行電暈擊流得到具有高長徑比、高的生物質(zhì)纖維素納米纖維，具有更好的纖維分布，微觀結(jié)構(gòu)均勻性能好，具有更好的力學(xué)性能。
[0023]當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]本發(fā)明為一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法，包括如下步驟，
[0026]步驟一:按質(zhì)量比為1:50?100稱取生物質(zhì)纖維和苯醇溶液，并將生物質(zhì)纖維置于苯醇溶液中，在溫度為85°C?95°C的條件下抽提5h?7h;
[0027]步驟二:配制質(zhì)量濃度為I%?2 %的亞氯酸鈉溶液，并調(diào)節(jié)其pH值為4?5，然后將經(jīng)步驟一處理的生物質(zhì)纖維加入到亞氯酸鈉溶液中保持4h?6h，期間每隔0.9?1.1h繼續(xù)向亞氯酸鈉溶液中補(bǔ)加亞氯酸鈉和冰醋酸，以保持亞氯酸鈉溶液中亞氯酸鈉的質(zhì)量濃度為1%?2%，亞氯酸鈉溶液的pH值為4?5;
[0028]步驟三:將經(jīng)步驟二處理的生物質(zhì)纖維加入到質(zhì)量濃度為1.5 %?2.5 %的KOH溶液中，混合均勻，在溫度為80 °C?100 0C條件下保持1.5h?2.5h;
[0029]步驟四:按63mL?67mL蒸饋水加入0.4mL?0.6mL冰醋酸和0.5g?0.7g亞氯酸鈉的比例，將冰醋酸和亞氯酸鈉加入到蒸餾水中制成溶液，并將經(jīng)步驟三處理的生物質(zhì)纖維加入到溶液中，密封后置于72 °C?77°C的水浴鍋中加熱處理0.8h?1.2h;
[0030]步驟五:將經(jīng)步驟四處理后的生物質(zhì)纖維加入到質(zhì)量濃度為4.5%?5.5%的KOH溶液中，混合均勻，在溫度為80°C?100°C條件下保持1.5h?2.5h;
[0031 ]步驟六:將經(jīng)步驟五處理后的生物質(zhì)纖維加入到質(zhì)量濃度為0.8%?1.2%的鹽酸中，密封后置于75 °C?85°C的水浴鍋中加熱1.8h?2.2h ；
[0032]步驟七:將經(jīng)步驟六處理后的生物質(zhì)纖維加入到水中，然后進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為400W?2000W，超聲時(shí)間為5min?30min，得到納米纖維懸濁液；
[0033]步驟八:將步驟七得到的納米纖維懸濁液進(jìn)行電暈處理，電暈時(shí)間為30s-60s;
[0034]步驟九:將經(jīng)步驟八得到的納米纖維懸濁液進(jìn)行冷凍干燥、超臨界干燥或者臨界點(diǎn)干燥。
[0035]其中，步驟一中所述的生物質(zhì)纖維為50目?70目的木纖維、50目?70目的竹纖維、50目?70目的棉纖維、50目?70目的麻纖維。
[0036]其中，步驟二中配制質(zhì)量濃度為1.1%?1.9%的亞氯酸鈉溶液，并調(diào)節(jié)其pH值為
4.2?4.8，然后將經(jīng)步驟一處理的生物質(zhì)纖維加入到亞氯酸鈉溶液中保持4.2h?5.8h，期間每隔0.95?1.05h向亞氯酸鈉溶液中補(bǔ)加亞氯酸鈉和冰醋酸，以保持亞氯酸鈉溶液中亞氯酸鈉的質(zhì)量濃度為1.1 %?1.9%，亞氯酸鈉溶液的pH值為4.2?4.8。
[0037]其中，步驟四中按64mL?66mL蒸飽水加入0.44mL?0.55mL冰醋酸和0.55g?0.65g亞氯酸鈉的比例，將冰醋酸和亞氯酸鈉加入到蒸餾水中制成溶液。
[0038]其中，步驟四中將經(jīng)步驟三處理的生物質(zhì)纖維加入到溶液中，密封后置于73°C?760C的水浴鍋中加熱處理0.9h?1.1h。
[0039]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料過著特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0040]以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的【具體實(shí)施方式】。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法，其特征在于:包括如下步驟， 步驟一:按質(zhì)量比為1:50?100稱取生物質(zhì)纖維和苯醇溶液，并將生物質(zhì)纖維置于苯醇溶液中，在溫度為85°C?95°C的條件下抽提5h?7h; 步驟二:配制質(zhì)量濃度為1%?2%的亞氯酸鈉溶液，并調(diào)節(jié)其pH值為4?5，然后將經(jīng)步驟一處理的生物質(zhì)纖維加入到亞氯酸鈉溶液中保持4h?6h，期間每隔0.9?1.1h繼續(xù)向亞氯酸鈉溶液中補(bǔ)加亞氯酸鈉和冰醋酸，以保持亞氯酸鈉溶液中亞氯酸鈉的質(zhì)量濃度為I %?2%，亞氯酸鈉溶液的pH值為4?5; 步驟三:將經(jīng)步驟二處理的生物質(zhì)纖維加入到質(zhì)量濃度為1.5%?2.5%的KOH溶液中，混合均勻，在溫度為80 °C?100 0C條件下保持1.5h?2.5h; 步驟四:按63mL?67mL蒸饋水加入0.4mL?0.6mL冰醋酸和0.5g?0.7g亞氯酸鈉的比例，將冰醋酸和亞氯酸鈉加入到蒸餾水中制成溶液，并將經(jīng)步驟三處理的生物質(zhì)纖維加入到溶液中，密封后置于72 °C?77°C的水浴鍋中加熱處理0.8h?1.2h; 步驟五:將經(jīng)步驟四處理后的生物質(zhì)纖維加入到質(zhì)量濃度為4.5 %?5.5 %的KOH溶液中，混合均勻，在溫度為80 °C?100 0C條件下保持1.5h?2.5h; 步驟六:將經(jīng)步驟五處理后的生物質(zhì)纖維加入到質(zhì)量濃度為0.8%?1.2%的鹽酸中，密封后置于75 °C?85°C的水浴鍋中加熱1.8h?2.2h ； 步驟七:將經(jīng)步驟六處理后的生物質(zhì)纖維加入到水中，然后進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為400W?2000W，超聲時(shí)間為5min?30min，得到納米纖維懸濁液； 步驟八:將步驟七得到的納米纖維懸濁液進(jìn)行電暈處理，電暈時(shí)間為30s-60s; 步驟九:將經(jīng)步驟八得到的納米纖維懸濁液進(jìn)行冷凍干燥、超臨界干燥或者臨界點(diǎn)干燥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟一中所述的生物質(zhì)纖維為50目?70目的木纖維、50目?70目的竹纖維、50目?70目的棉纖維、50目?70目的麻纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟二中配制質(zhì)量濃度為1.1%?1.9%的亞氯酸鈉溶液，并調(diào)節(jié)其pH值為4.2?4.8，然后將經(jīng)步驟一處理的生物質(zhì)纖維加入到亞氯酸鈉溶液中保持4.2h?5.Sh，期間每隔0.95?1.05h向亞氯酸鈉溶液中補(bǔ)加亞氯酸鈉和冰醋酸，以保持亞氯酸鈉溶液中亞氯酸鈉的質(zhì)量濃度為1.1%?1.9%，亞氯酸鈉溶液的pH值為4.2?4.8。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟四中按64mL?66mL蒸饋水加入0.44mL?0.55mL冰醋酸和0.55g?0.65g亞氯酸鈉的比例，將冰醋酸和亞氯酸鈉加入到蒸餾水中制成溶液。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)纖維素納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟四中將經(jīng)步驟三處理的生物質(zhì)纖維加入到溶液中，密封后置于73°C?76°C的水浴鍋中加熱處理0.9h?1.lh。
【文檔編號】D21C9/00GK106087505SQ201610443433
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】方許
【申請人】安徽新生力生物科技有限公司