一種單分子纖維素的分離方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單分子纖維素的分離方法，包括順序相接的如下步驟：A、將質量比為（0.001mg:1g）-（100mg:1g）的纖維素和溶劑按照混溶，并加熱至90-160℃，保溫1-8h；B、將步驟A所得物料降溫至30-70℃；C、取1-50μL步驟B所得物料滴加在硅氧烷修飾的云母片表面，以500-3000轉/分鐘的速度旋涂0.5-5分鐘，然后在70-120℃下，保溫1-4小時，洗滌純化、吹干，即得。本發(fā)明提供了一種單分子纖維素的分離方法，所得單分子纖維素的得率高、純度高，為從分子水平上研究及開發(fā)纖維素新產品提供了新的借鑒方法。
【專利說明】一種單分子纖維素的分離方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單分子纖維素的分離方法。
【背景技術】
[0002]纖維素作為最豐富的天然可再生資源之一，每年通過生物合成的可再生纖維素達1000億噸以上，具有價廉、可降解及不污染生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點。纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，是植物細胞壁的主要成分，不溶于水及一般有機溶劑。隨著世界各國對環(huán)境污染問題的日益關注，各國越來越重視纖維素這一天然高分子材料的可生物降解性和環(huán)境協調性，加緊了其功能性的研究和開發(fā)。隨著科學技術的發(fā)展，對纖維素的研究及開發(fā)應用已達到了前所未有的高度，除了紡織、造紙工業(yè)上纖維素以原有形態(tài)被利用外，其它如硫酸纖維素、硝酸纖維素、醋酸纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、輕乙基纖維素、輕丙基纖維素以及梭甲基纖維素等相繼實現工業(yè)化，在國民經濟中起著重要作用。近些年，利用地球上廣泛存在的纖維素生物原料生產清潔的乙醇燃料，作為一種高端的清潔能源技術，被寄予了很高的期望。而較高的生產成本限制了纖維素生物乙醇燃料技術的推廣。如果能從分子水平上研究纖維素轉為生物質燃料以及其它化學品的反應機理，則將會對纖維素新產品的開發(fā)及新技術推廣起到不可估量推動作用。但目前尚無單分子纖維素分離的相關報道。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明新提供了一種單分子纖維素的分離方法。
[0004]為解決上述技術問 題，本實發(fā)明采用如下技術方案:
[0005]一種單分子纖維素的分離方法，包括順序相接的如下步驟:
[0006]A、將質量比為(0.0Olmg: lg) - (IOOmg:1g)的纖維素和溶劑按照混溶，并加熱至90-160。。，保溫 l-8h ；
[0007]B、將步驟A所得物料降溫至30_70°C ；
[0008]C、取1-50 μ L步驟B所得物料滴加在硅氧烷修飾的云母片表面，以500-3000轉/分鐘的速度旋涂0.5-5分鐘，然后在70-120°C下，保溫1-4小時，洗滌純化、吹干，即得。
[0009]采用上述方法，可分離得到單分子纖維素，為從分子水平上研究及開發(fā)纖維素新產品提供了新的借鑒方法。
[0010] 申請人:經研究發(fā)現，步驟C中，使用硅氧烷修飾的云母片可使單分子纖維素通過氫鍵和共價鍵的作用牢固地附著在云母片的表面，相對沒經修飾的云母片可大幅地減少了單分子纖維素的流失。
[0011]硅氧烷修飾的云母的制備方法為:將云母片置于體積比為(1: 100)- (1:1000)的硅氧烷水溶液中4-10分鐘后，取出，洗滌、吹干后，即得。這樣可進一步提高單分子纖維素的得率。上述體積比指硅氧烷與水的體積比。云母片在硅氧烷水溶液中靜置的時間優(yōu)選為4-6分鐘，這樣既能保證產品質量，又能提高生產效率。
[0012]云母片取出后，水洗，并用氮氣吹干，即得。這樣不僅操作簡便，而且可保證產品的純度。
[0013]云母片優(yōu)選為電鏡基片云母，表面粗糙度小于0.2納米。這樣便于清楚觀察單分子纖維素。硅氧烷水溶液修飾后的云母片的粗糙度也小于0.2納米。這樣既能保證單分子纖維素在云母片上的附著力，又便于清楚觀察單分子纖維素。
[0014]娃氧燒為3_氨丙基二乙氧基娃燒、異氰酸丙基二乙氧基娃燒或3_(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。這樣可進一步提高單分子纖維素在云母片上附著力，進一步減小單分子纖維素的流失。
[0015]步驟A中，溶劑為離子液體、N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)或氯化鋰/ 二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc);當溶劑為離子液體時，步驟B為，將步驟A所得物料降溫至30-70°C，力口入催化劑、混勻。這樣可進一步提高單分子纖維素的得率。
[0016]步驟B中，催化劑為濃硫酸或酸性離子液體，催化劑加入量為步驟A所得物料質量的0.1%_1%。這樣可保證制備的效率和廣品的得率。
[0017]步驟A中，纖維素可為各種纖維素，優(yōu)選為棉、亞麻、微晶纖維素或紙漿。
[0018]步驟C中，保溫1-4小時后，水洗，并用氮氣吹干，即得。這樣不僅操作簡便，而且可保證所得產品的純度。
[0019]硅氧烷修飾的云母片為邊長為0.5-lcm的正方形。這樣既節(jié)約材料，同時能保證
產品的得率。
[0020]本發(fā)明未提及的技術均為現有技術。
[0021]本發(fā)明提供了一種單分子纖維素的分離方法，所得單分子纖維素的得率高、純度高，為從分子水平上研究及開發(fā)纖維素新產品提供了新的借鑒方法。
[0022]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例1所得單分子纖維素的原子力顯微鏡表征圖；
[0024]從圖1可清楚看到，分離出的單分子纖維素固定在硅氧烷修飾的云母片表面，圖片的寬度標尺為1.4微米，由此可以看出，單分子纖維素的長度從100納米到500納米，該方法分離出的纖維素分子最長可達數微米；圖片中最亮點與最暗點高度差為2納米，由高度分析軟件可以測出圖中纖維的高度約為0.5納米，與單個纖維素分子所對應的高度對應(單個纖維素的理論高度值為0.4-0.5納米，判斷是否為單分子纖維素的依據為:確認纖維素的高度是否落在0.4-0.5納米的區(qū)間，參見Determination of the Structure ofCellulose II，Vol.9, N0.2, March-Aprill976)。
【具體實施方式】
[0025]為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
[0026]下述實施例中，云母片為電鏡基片云母，購自中鏡科儀，使用時，裁剪為邊長為
0.8cm的正方形。
[0027]實施例1
[0028]將脫脂棉與NMM0.H2O按照質量比為0.0Olmg:1g混溶，并加熱至90°C，保溫反應4h，進行充分溶解。然后降溫至70°C;云母片置于體積比為1:600的3-氨丙基三乙氧基硅烷水溶液中5分鐘，充分水洗后，氮氣吹干，得3-氨丙基三乙氧基硅烷修飾的云母；取IOyL的纖維素NMMO溶液滴加在3-氨丙基三乙氧基硅烷修飾的云母片表面，以1000轉/分鐘的速度旋涂I分鐘，于100°C保溫2小時，最后使用去離子水洗滌純化，并以氮氣吹干，在云母表面得到單分子纖維素(高度約為0.5納米)。
[0029]實施例2
[0030]將微晶纖維素與離子液體氯化(1- 丁基-3-甲基咪唑)按照質量比為lmg:1g混溶，并加熱至110°C，保溫反應6h，進行充分溶解；然后降溫至70°C，加入溶液質量分數0.2%的濃硫酸，充分攪拌；云母片置于體積比為1:500的3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水溶液中5分鐘，充分水洗后，氮氣吹干，得3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷修飾的云母片；取20 μ L的纖維素氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)溶液滴加在3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷修飾的云母片表面，以2000轉/分鐘的速度旋涂3分鐘，于80°C保溫3小時，最后使用去離子水洗滌純化，并以氮氣吹干，在云母表面得到單分子纖維素(高度約為0.5納米，測試方法同實施例1)。
[0031]實施例3
[0032]將亞麻與氯化鋰/ 二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)按照質量比為0.5mg:1g混溶，并加熱至150°C，保溫反應3h，進行充分溶解，然后降溫至50°C;云母片置于體積比為1:100的異氰酸丙基三乙氧基硅烷水溶液中5分鐘，充分水洗后，氮氣吹干，得異氰酸丙基三乙氧基硅烷修飾的云母片；取30μ L的纖維素氯化鋰/ 二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)溶液滴加在異氰酸丙基三乙氧基硅烷修飾的云母片表面，以3000轉/分鐘的速度旋涂1.5分鐘，于90°C保溫2小時，最后使用去離子水洗滌純化，并以氮氣吹干，在云母表面得到單分子纖維素(高度約為0.5納米，測試方法同實施例1)。
[0033]實施例4
[0034]將紙漿與離子液體氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)按照質量比為0.lmg:1g混溶，并加熱至110°C，保溫反應6h，進行充分溶解；然后降溫至70°C，加入溶液質量分數0.5%的酸性離子液體4- (3-甲基-1-咪唑)-1_ 丁基磺酸硫酸氫鹽，充分攪拌；云母片置于體積比為1:500的3- (2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水溶液中5分鐘，充分水洗后，氮氣吹干，得3- (2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷修飾的云母；取20 μ L的纖維素氯化(1- 丁基-3-甲基咪唑)溶液滴加在3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷修飾的云母片表面，以2000轉/分鐘的速度旋涂3分鐘，于80°C保溫3小時，最后使用去離子水洗滌純化，并以氮氣吹干，在云母表面得到單分子纖維素(高度約為0.5納米，測試方法同實施例1)。
【權利要求】
1.一種單分子纖維素的分離方法，其特征在于:包括順序相接的如下步驟: A、將質量比為(0.0Olmg: lg) - (IOOmg:1g)的纖維素和溶劑按照混溶，并加熱至90-160。。，保溫 l-8h ； B、將步驟A所得物料降溫至30-70°C； C、取1-50μ L步驟B所得物料滴加在硅氧烷修飾的云母片表面，以500-3000轉/分鐘的速度旋涂0.5-5分鐘，然后在70-120°C下，保溫1-4小時，洗滌純化、吹干，即得。
2.如權利要求1所述的單分子纖維素的分離方法，其特征在于:硅氧烷修飾的云母的制備方法為:將云母片置于體積比為(1: 100)- (1:1000)的硅氧烷水溶液中4-10分鐘后，取出，洗滌、吹干后，即得。
3.如權利要求2所述的單分子纖維素的分離方法，其特征在于:云母片取出后，水洗，并用氮氣吹干，即得。
4.如權利要求2或3所述的單分子纖維素的分離方法，其特征在于:云母片為電鏡基片云母，表面粗糙度小于0.2納米。
5.如權利要求2或3所述的單分子纖維素的分離方法，其特征在于:硅氧烷為3-氨丙基二乙氧基娃燒、異氰酸丙基二乙氧基娃燒或3_(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基二甲氧基娃燒。
6.如權利要求1-3任意一項所述的單分子纖維素的分離方法，其特征在于:步驟A中，溶劑為離子液體、N-甲基嗎啉-N-氧化物或氯化鋰/ 二甲基乙酰胺；當溶劑為離子液體時，步驟B為，將步驟A所得物料降溫至30-70°C，加入催化劑、混勻。
7.如權利要求6所述的單分子纖維素的分離方法，其特征在于:步驟B中，催化劑為濃硫酸或酸性離子液體，催化劑加入量為步驟A所得物料質量的0.1%-1%。
8.如權利要求1-3任意一項所述的單分子纖維素的分離方法，其特征在于:步驟A中，纖維素為棉、亞麻、微晶纖維素或紙漿。
9.如權利要求1-3任意一項所述的單分子纖維素的分離方法，其特征在于:步驟C中，保溫1-4小時后，水洗，并用氮氣吹干，即得。
10.如權利要求1-3任意一項所述的單分子纖維素的分離方法，其特征在于:硅氧烷修飾的云母片為邊長為0.5-lcm的正方形。
【文檔編號】B01D15/00GK103657144SQ201310676949
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】劉鶴, 商士斌, 宋湛謙, 王丹, 宋杰 申請人:中國林業(yè)科學研究院林產化學工業(yè)研究所