本發(fā)明涉及纖維素納米晶制備的，涉及一種纖維素納米晶的制備方法，具體涉及一種利用脈沖電場(pef)輔助過硫酸銨(aps)氧化制備羧基化纖維素納米晶的方法。

背景技術(shù)：

1、納米纖維素是指納米材料中的纖維素至少有一維是處于納米尺度(1-100nm)，并且將納米材料分散在水中可以形成穩(wěn)定的懸浮液的纖維素晶體。根據(jù)納米纖維素的形貌、粒徑大小以及來源不同，納米纖維素被分為以下3類：①纖維素納米纖維(cellulosenanofiber，cnf)，②納米纖維素晶體(cellulose?nanocrystals,cnc)③細(xì)菌納米纖維素(bacterial?nanocellulose,bnc)。cnc也被稱為納米晶纖維素、纖維素納米晶須和晶體納米纖維素。cnc呈棒狀或須狀，長度為100-500nm，直徑為2-20nm。此外，它還具有一些優(yōu)異特性，如大比表面積(～150m2/g)、高結(jié)晶度(>70％)、高抗拉強(qiáng)度(7500mpa)和大長徑比(～70)。因此，cnc可用于各種工業(yè)領(lǐng)域，例如醫(yī)療保健、電子、建筑、食品包裝、3d打印、聚合物復(fù)合材料等。

2、纖維素納米晶通常通過酸解方法或化學(xué)氧化方法結(jié)合預(yù)處理來生產(chǎn)。然而這些方法存在一些缺點(diǎn)，如纖維素納米晶產(chǎn)率低(30％～50％)、加工時(shí)間長、高能耗等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在提供一種新型預(yù)處理方法用于纖維素納米晶的制備，通過對纖維素粉末進(jìn)行脈沖電場(pef)預(yù)處理，結(jié)合過硫酸銨氧化得到纖維素納米晶，本方法綠色低毒，且在脈沖電場的作用下顯著提高了纖維素納米晶的產(chǎn)率。此外，制備的纖維素納米晶，具有較高的分散穩(wěn)定性、優(yōu)異的比表面積、無有害物質(zhì)殘留且羧基含量較高，為納米纖維素進(jìn)一步改性提供了更多的化學(xué)途徑。

2、本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨(aps)氧化制備羧基化纖維素納米晶的方法，包括如下步驟：

4、(1)將漂白纖維漿板粉碎得到纖維素粉末；

5、(2)將纖維素粉末按料液比1:50-1:100用去離子水配置成懸浮液，攪拌均勻后，連接好蠕動(dòng)泵，調(diào)節(jié)流速并排除氣泡，使樣品充分流經(jīng)脈沖電場處理室，進(jìn)行脈沖電場處理，然后抽濾、烘干得到處理后纖維素；脈沖電場處理?xiàng)l件為：場強(qiáng)10～30kv/cm，頻率50～300hz，脈寬為8～10μs，處理時(shí)間為5～20min；

6、(3)將aps加入水中，溶解后形成aps水溶液；

7、(4)將經(jīng)pef處理后纖維素加入aps溶液中，充分反應(yīng)；

8、(5)反應(yīng)完的懸浮液通過離心的方法洗滌至中性，分離出纖維素納米晶分散液，經(jīng)過冷凍干燥或者噴霧干燥后得到固體的纖維素納米晶。

9、優(yōu)選地，步驟(1)中，漂白纖維漿板為微晶纖維素、漂白蔗渣漿、漂白荔枝皮漿、漂白木漿、漂白草漿、漂白棉漿、漂白竹漿等中的一種或者幾種混合漂白漿板。

10、優(yōu)選地，步驟(1)中，漂白纖維漿板粉碎后過200目篩得到纖維素粉末。

11、步驟(2)中，過硫酸銨aps水溶液質(zhì)量百分比濃度為15％～21％。

12、優(yōu)選地，步驟(2)中，料液比1:60-1:80g/ml。

13、優(yōu)選地，步驟(2)中，脈沖電場處理?xiàng)l件為：場強(qiáng)10～25kv/cm，優(yōu)選15～20kv/cm，頻率200～300hz，脈寬為8～10μs，處理時(shí)間為10～15min。

14、優(yōu)選地，步驟(3)中，aps濃度為15％～25％。

15、優(yōu)選地，步驟(3)中，蠕動(dòng)泵的流速為200-300ml/min。

16、優(yōu)選地，步驟(4)中，反應(yīng)時(shí)間為10～16h，反應(yīng)溫度為55～90℃。

17、優(yōu)選地，步驟(5)中，所述洗滌是反復(fù)加入去離子水離心至中性，離心轉(zhuǎn)速為6000-7000rpm/min。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

19、(1)本發(fā)明中使用的脈沖電場處理技術(shù)是一種綠色的物理加工方式，高效環(huán)保，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，在食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用，是制備纖維素納米晶體的一種新型預(yù)處理方法。

20、(2)本發(fā)明采用脈沖電場預(yù)處理,通過較短時(shí)間的脈沖電場處理,增大纖維素的比表面積，從而提升了纖維素與化學(xué)試劑的可及性，極大地提高纖維素納米晶的得率。

21、(3)本發(fā)明制得的纖維素納米晶體具有較高的羧基含量,減少了傳統(tǒng)納米纖維素羧基化所必需的更多額外的過程和藥品消耗,極大降低了成本,為纖維素納米晶體進(jìn)一步功能化并廣泛應(yīng)用提供了更多的手段途徑。

技術(shù)特征：

1.一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨氧化制備纖維素納米晶的方法，其特征在于，以漂白纖維漿板為基材，通過脈沖電場處理并以aps氧化的方法制備出羧基化纖維素納米晶，該方法具體包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨氧化制備纖維素納米晶的方法，其特征在于，步驟(1)中，漂白纖維漿板為微晶纖維素、漂白蔗渣漿、漂白荔枝皮漿、漂白木漿、漂白草漿、漂白棉漿、漂白竹漿中的一種以上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨氧化制備纖維素納米晶的方法，其特征在于，步驟(1)中，漂白纖維漿板粉碎后過200目篩得到纖維素粉末。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨氧化制備纖維素納米晶的方法，其特征在于，步驟(2)中，過硫酸銨aps水溶液質(zhì)量百分比濃度為15％～21％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨氧化制備纖維素納米晶的方法，其特征在于，步驟(3)中，料液比1:60-1:80g/ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨氧化制備纖維素納米晶的方法，其特征在于，步驟(3)中，蠕動(dòng)泵的流速為200-300ml/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨氧化制備纖維素納米晶的方法，其特征在于，步驟(3)中，脈沖電場處理?xiàng)l件為：場強(qiáng)10～25kv/cm，頻率200～300hz，脈寬為8～10μs，處理時(shí)間為10～15min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨氧化制備纖維素納米晶的方法，其特征在于，步驟(4)中，所述反應(yīng)的時(shí)間為10～16h，所述反應(yīng)的溫度為55℃～90℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨氧化制備纖維素納米晶的方法，其特征在于，步驟(5)中，離心轉(zhuǎn)速為6000-7000rpm/min。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用脈沖電場輔助過硫酸銨氧化制備纖維素納米晶的方法，其特征在于，步驟(5)中，所述洗滌是反復(fù)加入去離子水離心至中性。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種利用脈沖電場輔助制備纖維素納米晶的方法。本發(fā)明通過將纖維素粉末經(jīng)過脈沖電場處理，控制電場強(qiáng)度為10～30kV/cm，處理后抽濾、烘干，所得固體加入過硫酸銨溶液進(jìn)行氧化降解，通過離心制備出纖維素納米晶。本方法綠色低毒，且在脈沖電場的作用下顯著提高了纖維素納米晶的產(chǎn)率。此外，制備的纖維素納米晶，具有較高的分散穩(wěn)定性、優(yōu)異的比表面積、無有害物質(zhì)殘留且羧基含量較高，為納米纖維素進(jìn)一步改性提供了更多的化學(xué)途徑，為制備纖維素納米晶的預(yù)處理提供了一種新方法。

技術(shù)研發(fā)人員：高文宏,常余,韓忠,曾新安
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6