一種從文冠果果殼提取的納米纖維素及其提取方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種從文冠果果殼提取納米纖維素的方法，包括堿處理、除蠟處理、去木質(zhì)素處理、水解；具體為：將破碎后的文冠果果殼在氫氧化鈉溶液中浸沒后洗至中性并烘干；將產(chǎn)物浸沒于甲苯和乙醇的混合溶液中，加熱并保持一段時間，剩余物經(jīng)乙醇清洗后烘干；之后放入雙氧水和醋酸混合溶液中，攪拌加熱條件下保持一段時間，反應(yīng)完畢將剩余物沖洗并抽濾至濾液呈中性；將產(chǎn)物在氫氧化鈉溶液中加熱并反應(yīng)，抽濾沖洗至濾液呈中性后烘干；將其加入硫酸溶液中，攪拌加熱條件下保持一段時間，后向反應(yīng)容器中加入去離子水；將所得懸浮液放入高速離心機(jī)中多次分離，若懸浮液仍呈酸性則滴入堿溶液中和，最終經(jīng)冷凍干燥得到文冠果果殼納米纖維素粉末。
【專利說明】一種從文冠果果殼提取的納米纖維素及其提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天然生物材料領(lǐng)域，特別提供一種文冠果果殼納米纖維素及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會發(fā)展帶來的資源枯竭，環(huán)境污染等問題的日益突出，天然生物材料因具有可再生性，生物可降解性等特點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。
[0003]納米纖維素是一種擁有納米尺度的天然材料，它普遍存在于含纖維素的植物中。納米纖維素的直徑一般在IOOnm以下，長度從IOOnm到幾微米不等。納米纖維素的形貌和性能取決于提取納米纖維素的植物纖維。納米纖維素具有較高的硬度和模量(Mandal andChakrabarty2011),晶體結(jié)構(gòu)型納米纖維素的楊氏模量甚至能夠達(dá)到138GPa(Nishino etal.1995)。另外，納米纖維素還具有高的比表面積，良好的吸水性能及較高的結(jié)晶度，作為納米復(fù)合材料增強(qiáng)相，用于制作超薄顯示器，輕便防彈衣，傷口輔料等產(chǎn)品，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]文冠果(Xanthoceras Sorbifolia Bunge)是我國特有的木本油料植物，因其具有廣泛的生態(tài)適應(yīng)性，在我國北方14個省(市、自治區(qū))均有分布或種植。進(jìn)入21世紀(jì)，文冠果被列為我國重點(diǎn)發(fā)展的生物能源樹種之一，各省區(qū)規(guī)劃種植的面積迅猛增長，據(jù)不完全統(tǒng)計現(xiàn)已達(dá)百萬公頃以上。
[0005]培育文冠果生物柴油原料林收獲的是果實(shí)，其果實(shí)由果皮(即文冠果果殼)、種子組成，種子包含種皮和種仁。以單位重量計，果皮約占果實(shí)的48%，種皮約25%，種仁約27%，其中種仁中油脂含量55%?65%，可見油脂僅占果實(shí)收獲量的15%左右，占種子產(chǎn)量的30%?35%。依據(jù)這個比例，既使不考慮加工損耗，每產(chǎn)出I份生物柴油也將同時產(chǎn)出5倍以上的剩余物。當(dāng)文冠果總產(chǎn)量逐步上升并具備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化加工條件時，文冠果剩余物的資源化問題如果不能如期解決，則不僅會造成原料資源的極大浪費(fèi)，也會給環(huán)境帶來巨大的壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種從文冠果果殼提取納米纖維素的方法，為解決文冠果剩余物資源化的問題提供了一種方式。
[0007]本發(fā)明具體提供了一種從文冠果果殼提取納米纖維素的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008](I)、堿處理:將破碎后的文冠果果殼，在濃度為3?10%的氫氧化鈉溶液中浸沒12?24小時，之后經(jīng)反復(fù)水洗至pH呈中性，最后放入烘箱在50?80°C溫度下烘干；
[0009](2)、除蠟處理:將步驟(I)處理后的文冠果果殼浸沒于甲苯和乙醇的混合溶液中，加熱溶液至85-90°C，保持6?12個小時；剩余物經(jīng)乙醇反復(fù)清洗，放入烘箱在50?80°C溫度下烘干；其中甲苯和乙醇的混合溶液中甲苯和乙醇的體積比為1:0.5?2 (優(yōu)選1:1.5)；
[0010](3)、去木質(zhì)素處理:將經(jīng)步驟(2)處理后的文冠果果殼放入雙氧水和醋酸混合溶液中，加熱至50?60°C在攪拌作用下保持7?12個小時；反應(yīng)完畢將剩余物用去離子水沖洗并抽濾，直至濾液呈中性；將上述去木質(zhì)素步驟重復(fù)I到3次，然后將所得產(chǎn)物在3?7%氫氧化鈉溶液中加熱至60?80°C反應(yīng)I?3小時(優(yōu)選80°C反應(yīng)I小時)，之后用去離子水抽濾沖洗至濾液呈中性，最后將產(chǎn)物放入烘箱在50?80°C溫度下烘干，此時得到的產(chǎn)物為文冠果果殼纖維素纖維；其中雙氧水和醋酸混合溶液是由30%雙氧水和醋酸按體積比1:1~2的比例配制的；
[0011](4)、水解:將步驟(3)所得文冠果果殼纖維素纖維加入濃度為55?70%硫酸溶液中，在55?65°C溫度下攪拌加熱I?2小時，其中文冠果果殼纖維素纖維與硫酸溶液的重量比為1:40?50 ;到達(dá)反應(yīng)時間后向反應(yīng)容器中加入未經(jīng)加熱的去離子水，終止反應(yīng)；將所得懸浮液放入高速離心機(jī)中分離，倒出上層清液，加入去離子水，混合均勻后再次離心，直至無法再分離出上層清液，若此時懸浮液仍呈酸性則滴入氫氧化鈉溶液進(jìn)行中和，最終得到PH中性的文冠果果殼納米纖維素懸浮液，經(jīng)冷凍干燥得到文冠果果殼納米纖維素粉末。
[0012]采用本發(fā)明所述方法提取出的納米纖維素，其特征在于:文冠果果殼納米纖維素呈棒狀，直徑25nm?65nm,纖維素晶體的晶型為I型。
[0013]本發(fā)明的有益之處在于:發(fā)明了從原始文冠果果殼制備文冠果果殼纖維及文冠果果殼納米纖維素的方法，提供了高效利用文冠果果殼資源的途徑，為解決文冠果剩余物資源化利用的問題提供了 一種方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明中破碎后的文冠果果殼掃描電鏡照片；
[0015]圖2為本發(fā)明得到的文冠果果殼納米纖維素的掃描電鏡照片；
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中得到文冠果果殼納米纖維素懸浮液照片。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]取IOOg破碎后的文冠果果殼，在濃度為5%的氫氧化鈉溶液中浸沒12小時，之后經(jīng)反復(fù)水洗至PH呈中性，最后放入烘箱，在60°C溫度下烘干。將處理后的文冠果果殼浸沒于體積比為1:1的甲苯和乙醇的混合溶液中，加熱使溶液處于微沸狀態(tài)，保持6個小時。剩余物經(jīng)乙醇反復(fù)清洗，放入烘箱，在60°C溫度下烘干。
[0019]將處理后的文冠果果殼放入體積比1:1的雙氧水(30%)和醋酸混合溶液中，加熱至60°C在攪拌作用下保持7個小時，進(jìn)行除木質(zhì)素處理，反應(yīng)完畢將剩余物用去離子水沖洗并抽濾，直至濾液呈中性。為保證反應(yīng)完全，將上述去木質(zhì)素步驟重復(fù)I次，之后將所得產(chǎn)物在5%氫氧化鈉溶液中加熱至80°C反應(yīng)2小時，之后用去離子水抽濾沖洗至濾液呈中性，最后將產(chǎn)物放入烘箱，在60°C溫度下烘干，得到文冠果果殼纖維素纖維。
[0020]稱取5g經(jīng)以上步驟處理所得的文冠果果殼纖維素纖維，按纖維:溶液重量比1:50配制60%硫酸溶液。將纖維素纖維加入配制的硫酸溶液中在55°C溫度下攪拌加熱2小時，到達(dá)反應(yīng)時間后向反應(yīng)容器中加入未經(jīng)加熱的去離子水，迅速終止反應(yīng)。將所得懸浮液放入高速離心機(jī)在IOOOOrpm轉(zhuǎn)速下分離lOmin，倒出上層清液，加入去離子水，混合均勻后再次離心，直至無法再分離出上層清液，滴入5%氫氧化鈉溶液進(jìn)行中和，得到附圖3所示的pH中性的文冠果果殼納米纖維素懸浮液。也可以經(jīng)冷凍干燥得到文冠果果殼納米纖維素粉末。
[0021]實(shí)施例2
[0022]取200g破碎后的文冠果果殼，在濃度為3%的氫氧化鈉溶液中浸沒24小時，之后經(jīng)反復(fù)水洗至PH呈中性，最后放入烘箱，在50°C溫度下烘干。將處理后的文冠果果殼浸沒于體積比為1:0.5的甲苯和乙醇的混合溶液中，加熱使溶液處于微沸狀態(tài)，保持12個小時。剩余物經(jīng)乙醇反復(fù)清洗，放入烘箱，在50°C溫度下烘干。
[0023]將處理后的文冠果果殼放入體積比1:1的雙氧水(30%)和醋酸混合溶液中，加熱至50°C在攪拌作用下保持9個小時，進(jìn)行除木質(zhì)素處理，反應(yīng)完畢將剩余物用去離子水沖洗并抽濾，直至濾液呈中性。為保證反應(yīng)完全，將上述去木質(zhì)素步驟重復(fù)2次，之后將所得產(chǎn)物在3%氫氧化鈉溶液中加熱至60°C反應(yīng)3小時，之后用去離子水抽濾沖洗至濾液呈中性，最后將產(chǎn)物放入烘箱，在50°C溫度下烘干，得到文冠果果殼纖維素纖維。
[0024]稱取3g經(jīng)以上步驟處理所得的文冠果果殼纖維素纖維，按纖維:溶液重量比1:40配制55%硫酸溶液。將纖維素纖維加入配制的硫酸溶液中在55°C溫度下攪拌加熱2小時，到達(dá)反應(yīng)時間后向反應(yīng)容器中加入未經(jīng)加熱的去離子水，迅速終止反應(yīng)。將所得懸浮液放入高速離心機(jī)在8000rpm轉(zhuǎn)速下分離20min,倒出上層清液,加入去離子水,攪拌后再次離心，直至無法再分離出上層清液，滴入氫氧化鈉溶液進(jìn)行中和，經(jīng)冷凍干燥可得到文冠果果殼納米纖維素粉末。
[0025]實(shí)施例3
[0026]取300g破碎后的文冠果果殼，在濃度為10%的氫氧化鈉溶液中浸沒8小時，之后經(jīng)反復(fù)水洗至PH呈中性，最后放入烘箱，在80°C溫度下烘干。將處理后的文冠果果殼浸沒于體積比為1:2的甲苯和乙醇的混合溶液中，加熱使溶液處于微沸狀態(tài)，保持12個小時。剩余物經(jīng)乙醇反復(fù)清洗后放入烘箱，在80°C溫度下烘干。
[0027]將處理后的文冠果果殼放入體積比I '2的雙氧水(30%)和醋酸混合溶液中，加熱至60°C在攪拌作用下保持12個小時，進(jìn)行除木質(zhì)素處理，反應(yīng)完畢將剩余物用去離子水沖洗并抽濾，直至濾液呈中性。為保證反應(yīng)完全，將上述去木質(zhì)素步驟重復(fù)3次，之后將所得產(chǎn)物在8%氫氧化鈉溶液中加熱至80°C反應(yīng)I小時，之后用去離子水抽濾沖洗至濾液呈中性，最后將產(chǎn)物放入烘箱，在80°C溫度下烘干，得到文冠果果殼纖維素纖維。
[0028]稱取7g經(jīng)以上步驟處理所得的文冠果果殼纖維素纖維，按纖維:溶液重量比1:50配制65%硫酸溶液。將纖維素纖維加入配制的硫酸溶液中在65°C溫度下攪拌加熱I小時，到達(dá)反應(yīng)時間后向反應(yīng)容器中加入未經(jīng)加熱的去離子水，迅速終止反應(yīng)。將所得懸浮液放入高速離心機(jī)在15000rpm轉(zhuǎn)速下分離5min,倒出上層清液,加入去離子水,攪拌后再次離心，直至無法再分離出上層清液，滴入氫氧化鈉溶液進(jìn)行中和，經(jīng)冷凍干燥可得到文冠果果殼納米纖維素粉末。
[0029]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種從文冠果果殼提取納米纖維素的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、堿處理:將破碎后的文冠果果殼，在濃度為3?10%的氫氧化鈉溶液中浸沒12?24小時，之后經(jīng)反復(fù)水洗至pH呈中性，最后放入烘箱在50?80°C溫度下烘干； (2)、除蠟處理:將步驟(I)處理后的文冠果果殼浸沒于甲苯和乙醇的混合溶液中，力口熱溶液至85-90°C，保持6?12個小時；剩余物經(jīng)乙醇反復(fù)清洗，放入烘箱在50?80°C溫度下烘干；其中甲苯和乙醇的混合溶液中甲苯和乙醇的體積比為1:0.5?2 ; (3)、去木質(zhì)素處理:將經(jīng)步驟(2)處理后的文冠果果殼放入雙氧水和醋酸混合溶液中，加熱至50?60°C在攪拌作用下保持7?12個小時；反應(yīng)完畢將剩余物用去離子水沖洗并抽濾，直至濾液呈中性；將上述去木質(zhì)素步驟重復(fù)I到3次，然后將所得產(chǎn)物在3?7%氫氧化鈉溶液中加熱至60?80°C反應(yīng)I?3小時，之后用去離子水抽濾沖洗至濾液呈中性，最后將產(chǎn)物放入烘箱在50?80°C溫度下烘干，此時得到的產(chǎn)物為文冠果果殼纖維素纖維；其中雙氧水和醋酸混合溶液是由30%雙氧水和醋酸按體積比1:1?2的比例配制的； (4)、水解:將步驟(3)所得文冠果果殼纖維素纖維加入濃度為55?70%硫酸溶液中，在55?65°C溫度下攪拌加熱I?2小時，其中文冠果果殼纖維素纖維與硫酸溶液的重量比為1:40?50 ;到達(dá)反應(yīng)時間后向反應(yīng)容器中加入未經(jīng)加熱的去離子水，終止反應(yīng)；將所得懸浮液放入高速離心機(jī)中分離，倒出上層清液，加入去離子水，混合均勻后再次離心，直至無法再分離出上層清液，若此時懸浮液仍呈酸性則滴入氫氧化鈉溶液進(jìn)行中和，最終得到PH中性的文冠果果殼納米纖維素懸浮液，經(jīng)冷凍干燥得到文冠果果殼納米纖維素粉末。
2.按照權(quán)利要求1所述從文冠果果殼提取納米纖維素的方法，其特征在于:在除蠟處理時，甲苯和乙醇的混合溶液中甲苯和乙醇的體積比為1:1.5。
3.按照權(quán)利要求1所述從文冠果果殼提取納米纖維素的方法，其特征在于:在步驟(3)中，將所得產(chǎn)物在3?7%氫氧化鈉溶液中加熱至80°C反應(yīng)I小時。
4.一種按照權(quán)利要求1所述從文冠果果殼提取納米纖維素的方法提取出的納米纖維素，其特征在于:文冠果果殼納米纖維素呈棒狀，直徑25nm?65nm，纖維素晶體的晶型為I型。
【文檔編號】D21C5/00GK103821021SQ201410069904
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】隋國鑫, 馬娜, 劉冬艷, 林國明 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所