一種納米纖維素及其制備方法
【專利說明】一種納米纖維素及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明屬于納米材料技術領域，涉及一種納米纖維素及其制備方法。
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【背景技術】
[0004]納米纖維素的制備方法通常為:混酸水解法，通過對纖維素的水解，分離出純度高的納米纖維素。不過混酸的后處理工藝復雜、酸液難以處理，操作復雜；以^氧基化合物作為纖維素氧化催化劑，然后用溴化鈉及次氯酸鈉對原料處理，可以將纖維素表面的C6位伯羥基氧化成羧基，不過此方法反應時間過長，生產效率低，對設備要求較高，能耗大。
[0005]中國發(fā)明專利201510416403.9提供了一種利用葵花籽殼制備納米纖維素的方法，該方法包括以下步驟:1)、預處理:將葵花籽殼水洗，脫脂，烘干，粉碎，過80目篩子；2)、氫氧化鈉處理:將步驟1)所得葵花籽殼粉末，按料液比lg:10ml?lg:30ml加入質量百分比4-10%的NaOH溶液，送入水浴鍋加熱到30?50°C，浸提2_4小時，將濾渣洗滌至中性后過濾，濾渣為葵花籽殼纖維；3)、次氯酸鈉漂白:將步驟2)所得濾渣，按料液比lg:10ml加入等量次氯酸鈉，再用質量百分比10 %的鹽酸調節(jié)pH值為4?5，送入水浴鍋加熱到70?90°C，攪拌0.5?2.5小時，將濾渣洗滌至中性后過濾，濾渣為脫除木質素的葵花籽殼纖維；4)、乙醇沉淀:將步驟3)所得葵花籽殼纖維，按料液比lg: 10ml加入無水乙醇溶液，室溫下沉淀1?2小時，將濾渣洗滌至中性后過濾，在50°C下干燥，粉碎得葵花籽殼纖維；5)、硫酸水解:將步驟4)所得葵花籽殼纖維，按料液比lg:8ml?lg: 16ml加入質量百分比56% -64%的硫酸溶液中，送入水浴鍋加熱到30?50°C下水解，同時攪拌0.5?2.5小時，結束后加入10倍體積去離子水終止反應，以10000r/min的速度離心分離提純樣品，得到乳白色懸浮液為葵花籽殼納米纖維素懸浮液；6)、透析:將步驟5)所得葵花籽殼納米纖維素裝入透析袋中，用去離子水透析直至pH值呈中性，之后超聲振蕩20min，真空冷凍干燥，得葵花籽殼納米纖維素。該專利針對葵花籽殼提供一種納米纖維素的制備方法，但得率較低，制備的納米纖維素粒徑較大。
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【發(fā)明內容】
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針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明的目的是提供一種納米纖維素及其制備方法，其能夠解決納米纖維素得率低、能耗高的問題，可以得到穩(wěn)定均一、價格低廉的納米纖維素。
[0007]本發(fā)明的實現(xiàn)發(fā)明目的技術方案是:
本發(fā)明提供了一種納米纖維素的制備方法，采用磷酸對經預處理后的纖維原料在115-125°C條件下進行水解，所述磷酸體積濃度為60-65%，水解后離心，離后的下層沉淀物經透析得納米纖維素。
[0008]其中，磷酸體積濃度指ml/ml，指磷酸體積占反應體系的總體積?；蛘?，纖維原料質量與磷酸摩爾濃度為10.7mol/Lo
[0009]優(yōu)選的，所述預處理包括將纖維原料粉碎和去除木質素的過程。
[0010]優(yōu)選的，所述預處理過程為:
(1)將纖維原料打碎；
(2)將打碎的纖維原料浸在pH為2-5的亞氯酸鈉或次氯酸鈉溶液中，以去除纖維原料中木質素，得到懸浮液。
[0011]優(yōu)選的，所述磷酸在完全加入前使反應系統(tǒng)保持0-15°C。
[0012]優(yōu)選的，所述磷酸在完全加入前使反應系統(tǒng)保持0°C。
[0013]優(yōu)選的，所述水解條件為120°C。更優(yōu)選在攪拌狀態(tài)下進行水解，水解時間為90_120mino
[0014]優(yōu)選的，所述離心為用3000_6000rpm的離心機離心10-25miru進一步優(yōu)選4000rpm的離心機離心15min。
[0015]優(yōu)的，所述纖維原料選自布、毛。所述布優(yōu)選棉布。
[0016]本發(fā)明的制備方法的具體步驟為:
(1)利用攪拌機將2g纖維原料打碎；
(2)取出打碎的原料纖維，與3g亞氯酸鈉一并浸在100ml蒸餾水中15min，然后在70°C下處理40min，期間利用冰醋酸調節(jié)溶液的pH保持在4，重復三次以去除原料纖維中的大部分木質素，得到懸浮液；
(3)將步驟2得到的懸浮液置于冰浴中，20min內用滴液漏斗將85%(體積分數(shù))的磷酸滴加其中；
(4)將處理好的懸浮液置于120°C的油浴中，攪拌lOOmin，然后快速降至室溫；
(5)用4000rpm的離心機離心15min，上層清液移至燒杯中待用，下層物質中加入等量的水繼續(xù)離心，直至上層清液無色；
(6)利用透析袋將離心得到的沉淀物透析3天，然后冷凍干燥3天，得到所需的納米纖維素。
[0017]本發(fā)明還提供了一種由上述制備方法制備的納米纖維素。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明方法利用亞氯酸鈉處理纖維原料，除去其中的木質素；結合磷酸酸解纖維素，得到理想的納米纖維素。其能耗低，得到的納米纖維素易于分散、尺寸均一穩(wěn)定，工藝簡單，用去離子水就可以清洗酸液，沒有酸液處理的問題。
[0019]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
[0020]
【附圖說明】
[0021]圖1是實施例1制備的納米纖維素的傅里葉變換紅外光譜圖；
圖2是實施例1制備的納米纖維素的X射線衍射圖；
圖3是實施例1制備的納米纖維素的粒徑分布圖；
圖4是實施例1制備的納米纖維素的掃描電鏡圖；
圖5是已公開的專利方法制備的棉布納米纖維素粒徑圖。
圖6是實施例2制備的納米纖維素的粒徑分布圖； 圖7是實施例3制備的納米纖維素的粒徑分布圖；
圖8是實施例4制備的納米纖維素的粒徑分布圖；
圖9是實施例5制備的納米纖維素的粒徑分布圖。
[0022]
【具體實施方式】
[0023]以下結合具體實例，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0024]實施例1
一種納米纖維素的制備方法，包括以下步驟:
(1)利用攪拌機將2g棉布纖維打碎；
(2)取出打碎的棉布纖維，與3g亞氯酸鈉一并浸在100ml蒸餾水中15min，然后在70°C下處理40min，期間利用冰醋酸調節(jié)溶液的pH保持在4，重復三次以去除纖維原料中的大部分木質素，得到懸浮液；
(3)將步驟2得到的懸浮液置于冰浴(0°C)中，20min內用滴液漏斗將250ml 85% (體積分數(shù))的磷酸滴加其中。經計算，加入后磷酸占總溶液的摩爾濃度為10.7mol/L ;
(4)將處理好的懸浮液置于120°C的油浴中，攪拌lOOmin，然后快速降至室溫(20-25。。)；
(5)用4000rpm的離心機離心15min，上層清液移至燒杯中待用，下層物質中加入等量的水繼續(xù)離心，直至上層清液無色；
(6)利用透析袋將離心得到的沉淀物透析，然后冷凍干燥，得到所需的納米纖維素。
[0025]本方法產品的得率在75.85%(相對于纖維原料)，納米纖維素的長度在100_300nm，直徑為35-70