一種溶解纖維素的溶劑及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種纖維素的溶劑及用該溶劑直接制備纖維素/氧化鋅復(fù)合微球的方法。將氫氧化鈉和硝酸鋅按照一定比例溶解于水中，即可制得該溶劑。將該溶劑與一定質(zhì)量的纖維素混合，經(jīng)過(guò)低溫冷凍－解凍方法，可得到所需濃度的纖維素溶液。該纖維素溶液經(jīng)再生可以制得含有氧化鋅納米粒子的微球。該溶劑溶解的纖維素具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，且溶解過(guò)程綠色無(wú)污染。通過(guò)該溶液一步原位制備含有氧化鋅納米粒子的纖維素微球，方法簡(jiǎn)單，氧化鋅納米粒子分布均勻，該復(fù)合材料對(duì)于有機(jī)染料具有良好的降解作用，有望應(yīng)用于廢水處理等領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種溶解纖維素的溶劑及其應(yīng)用
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種溶解纖維素的溶劑及其應(yīng)用，屬于天然高分子領(lǐng)域，也屬于農(nóng)業(yè)、環(huán)境工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]當(dāng)前，為了解決石油資源的枯竭及非降解塑料造成的白色污染等問(wèn)題，科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越重視開(kāi)發(fā)、利用可再生生物質(zhì)資源。纖維素是地球上最豐富的可再生資源，對(duì)其開(kāi)發(fā)利用符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。纖維素存在的復(fù)雜分子間、分子內(nèi)氫鍵結(jié)構(gòu)及高結(jié)晶性，使其難以溶解及熔融，加工的困難限制了其有效利用。目前，工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的黏膠法在生產(chǎn)過(guò)程中使用大量二硫化碳并釋放二氧化硫而嚴(yán)重污染環(huán)境。其他的溶劑還有二甲亞砜-氮氧化物(U.S.patent 3236669，1966)，氯化鋰/二甲基乙酰胺(U.S.Patent 4302252，1981)，N_甲基氧化嗎啉-N-氧化物(NMMO) (J.Polym.Sc1.:Polym.Lett.Ed.1979，17，219 ; U.S.Patent 4246221，1981)、NaOH 水溶液(Japan Paten1777283，1983)和離子液體(U.S.Patent 6824599,2004)等。NMMO和離子液體等溶劑價(jià)格昂貴、溶劑回收難?；谒w系的低溫溶劑具有成本低無(wú)污染和易于回收等優(yōu)點(diǎn)，具有極大的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種溶解纖維素的溶劑以及用它制備具有降解染料功能的纖維素復(fù)合微球的方法。
[0005]具體的技術(shù)方案為:
一種溶解纖維素的溶劑，為氫氧化鈉和硝酸鋅的水溶液，其中氫氧化鈉占水溶液總重量的5.0-9.0 wt%，硝酸鋅占水溶液總重量的0.3-4 wt%0
[0006 ]該溶劑制備方法為:將準(zhǔn)確稱量質(zhì)量的氫氧化鈉和硝酸鋅混合后，加水并快速攪拌，得到所需的溶劑;或者先將硝酸鋅配成水溶液，然后加入氫氧化鈉，快速攪拌得到所需的溶劑:或者先將氫氧化鈉配成水溶液，然后加入硝酸鋅并快速攪拌得到所需的溶劑;也可以將氫氧化鈉和硝酸鋅分別配成水溶液，然后混合并快速攪拌，得到所需的溶劑。
[0007]本發(fā)明還提供利用上述溶劑溶解纖維素的方法:具體為將纖維素漿料室溫下分散于上述溶劑，纖維素占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%_5%，攪拌均勻，將混合物于冰箱中冷凍至結(jié)冰后，在室溫下攪拌解凍，充分溶化后即可得到透明的纖維素溶液。
[0008]一種利用上述纖維素溶液一步法原位直接制備含有氧化鋅粒子的纖維素微球的方法:在三口燒瓶中加入異辛烷和司班80，用攪拌器攪拌均勻后，加入經(jīng)離心脫泡后的上述纖維素溶液，攪拌I小時(shí)以上，之后全部倒入凝固浴中，充分凝固分層，將上層油狀液體倒去，下層固體用乙醇洗滌后用水洗凈，分離得到含有氧化鋅粒子的纖維素微球。(附圖1示出了該微球的掃描電鏡圖片)。
[0009 ] 所述凝固浴為50-100被%的乙醇水溶液。
[0010]利用上述微球降解水中溶解的有機(jī)染料的應(yīng)用:在3個(gè)含有10mg/L甲基橙的水溶液中分別不加微球、加入0.03g不含氧化鋅的纖維素微球和加入0.03g纖維素/氧化鋅再生微球，將其放在日光下照射，每隔4個(gè)小時(shí)在紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)上測(cè)定其吸光度(附圖2示出了甲基橙染料在465nm處吸光度隨著時(shí)間的變化圖)，從圖中可以看出，加了纖維素/氧化鋅再生微球的染料溶液經(jīng)過(guò)10h日光照射其吸光度由0.66降至0.22，而未加纖維素/氧化鋅再生微球的其吸光度無(wú)明顯變化，說(shuō)明該微球可以有效降解水中的有機(jī)染料。
[0011]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于:本發(fā)明利用氫氧化鈉/硝酸鋅作為低溫溶解纖維素的新溶劑，既有區(qū)別于傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑，也不同于氫氧化鈉/有機(jī)物(例如:尿素和硫脲)溶劑體系，具有明顯的創(chuàng)新性。而且，傳統(tǒng)水體系溶劑中尿素(硫脲)在溶解后未能夠得到充分利用，而本發(fā)明的溶劑可以充分利用基于氫氧化鈉體系的添加劑(硝酸鋅)，直接從纖維素溶液一步制備出含有氧化鋅粒子的纖維素微球，綠色環(huán)保，方法簡(jiǎn)單且充分利用原料，該微球可以有效地降解有機(jī)染料，在環(huán)境領(lǐng)域具有更為顯著的工業(yè)價(jià)值和應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1示出了實(shí)施例5中該微球的掃描電鏡圖片
圖2示出了實(shí)施例5中甲基橙染料在465nm處吸光度隨著時(shí)間的變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下將通過(guò)具體實(shí)施例具體說(shuō)明本發(fā)明，但這些具體實(shí)施方案不以任何方式限制本發(fā)明保護(hù)范圍。本實(shí)施方案所用到原料為已知化合物，可在市場(chǎng)購(gòu)得。
[0014]實(shí)施例1
稱取棉短絨漿纖維素(聚合度300)3克，加入100克5 wt% NaOH/0.3 wt%硝酸鋅混合水溶液，充分?jǐn)嚢韬笾糜诒鋬?nèi)冷凍，之后一邊解凍一邊攪拌，充分溶化后在6000rpm下離心5分鐘，得到透明的纖維素溶液。
[0015]實(shí)施例2
稱取棉短絨漿纖維素(聚合度410)10克，加入200克7.0 wt% NaOH/3.5 wt%硝酸鋅混合水溶液，充分?jǐn)嚢韬笾糜诒鋬?nèi)冷凍，之后一邊解凍一邊攪拌，充分溶化后在6000rpm下離心5分鐘，得到透明的纖維素溶液。
[0016]實(shí)施例3
稱取棉短絨漿纖維素(聚合度550)12克，加入200克9.0 wt% Na0H/4.0 wt%硝酸鋅混合水溶液，充分?jǐn)嚢韬笾糜诒鋬?nèi)冷凍，之后一邊解凍一邊攪拌，充分溶化后在6000rpm下離心10分鐘，得到透明的纖維素溶液。
[0017]實(shí)施例4
稱取棉短絨漿纖維素(聚合度670)10克，加入200克7.5 wt% Na0H/3.5 wt%硝酸鋅混合水溶液，充分?jǐn)嚢韬笾糜诒鋬?nèi)冷凍，之后一邊解凍一邊攪拌，充分溶化后在6000rpm下離心10分鐘，得到透明的纖維素溶液。
[0018]實(shí)施例5 稱取棉短絨漿纖維素(聚合度670)5克，加入100克7.5 wt% NaOH/3.5 wt%硝酸鋅混合水溶液，充分?jǐn)嚢韬笾糜诒鋬?nèi)冷凍，之后一邊解凍一邊攪拌，充分溶化后在6000rpm下離心10分鐘，得到透明的纖維素溶液。在500mL三口燒瓶中加入200g異辛烷和60g司班80，在室溫下用攪拌器攪拌均勻后，加入50g經(jīng)離心脫泡后的纖維素溶液，在HOOrpm轉(zhuǎn)速下快速攪拌Ih。在2L燒杯中倒入1600mL乙醇，加入磁子并置于磁力攪拌器上攪拌。燒瓶中混合物攪拌Ih之后，有白色球狀物質(zhì)生成，將溶液和生成物全部倒入準(zhǔn)備好的乙醇中，攪拌30min后靜置分層，將上層油狀液體倒去，下層固體用乙醇洗滌幾次后用大量水洗凈得到含有氧化鋅粒子的纖維素微球。在3個(gè)含有10mg/L甲基橙的水溶液中分別不加微球、加入0.03g不含氧化鋅的纖維素微球和加入0.03g纖維素/氧化鋅再生微球，將其放在日光下照射，每隔4個(gè)小時(shí)在紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)上測(cè)定其吸光度，含有氧化鋅的纖維素微球中的甲基橙吸光度明顯下降，表明其成功降解水中的甲基橙染料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溶解纖維素的溶劑，為氫氧化鈉和硝酸鋅的水溶液，其中氫氧化鈉占水溶液總重量的5.0-9.0 wt%，硝酸鋅占水溶液總重量的0.3-4 wt%o2.—種溶解纖維素的方法，其特征在于:將纖維素漿料室溫下分散于權(quán)利要求1所述溶劑，纖維素占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%_5%，攪拌均勻，將混合物于冰箱中冷凍至結(jié)冰后，在室溫下攪拌解凍，充分溶化后即可得到透明的纖維素溶液。3.一種制備含有氧化鋅粒子的纖維素微球的方法，其特征在于: 將纖維素漿料室溫下分散于權(quán)利要求1所述溶劑，纖維素占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%_5%，攪拌均勻，將混合物于冰箱中冷凍至結(jié)冰后，在室溫下攪拌解凍，充分溶化后即可得到透明的纖維素溶液； 在三口燒瓶中加入異辛烷和司班80，用攪拌器攪拌均勻后，加入經(jīng)離心脫泡后的上述纖維素溶液，攪拌I小時(shí)以上，之后全部倒入凝固浴中，充分凝固分層，將上層油狀液體倒去，下層固體用乙醇洗滌后用水洗凈，分離得到含有氧化鋅粒子的纖維素微球。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述凝固浴為50-100被％的乙醇水溶液。5.權(quán)利要求3或4所述方法制備的纖維素微球在降解水中有機(jī)染料上的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C02F101/34GK106084253SQ201610544707
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】張俐娜, 汪森, 呂昂
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)