申请/专利权人：陕西科技大学

申请日：2018-11-27

公开（公告）日：2021-04-13

公开（公告）号：CN109517076B

主分类号：C08B15/02(20060101)

分类号：C08B15/02(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.13#授权;2019.04.19#实质审查的生效;2019.03.26#公开

摘要：一种超低酸水解纤维制备纳米微晶纤维素的方法，包括以下步骤：将纤维原料及质量分数≤0.1%的盐酸或硫酸加入到高压反应釜中，在加热、加压及搅拌的条件下进行反应；待反应结束后，将反应产物进行后处理，得到纳米微晶纤维素；本发明相对于传统的浓酸水解法，酸用量低，后处理中残余酸透析用水量低，制备操作简单且污染小；具有广阔的工业化应用前景。

主权项：1.一种超低酸水解纤维制备纳米微晶纤维素的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将3-5g纤维原料分散在35-40ml盐酸或硫酸中，加入0.5-1ml蒸馏水，在加热、加压及搅拌条件下进行反应；反应温度为150-180℃，反应时间50-80min，反应压力5-20MPa；步骤2，反应结束后，将反应产物离心处理后；取沉淀物，用去离子水反复洗涤离心至上层液呈淡蓝色或乳白色悬浮液状态，取上层液透析，再超声分散，上层清液即为纳米微晶纤维素；所述的盐酸或硫酸质量分数为0.05%～0.1%；所述的纳米微晶纤维素长度在400-800nm，宽度20-60nm，得率为40-50%。

全文数据：一种超低酸水解纤维制备纳米微晶纤维素的方法技术领域本发明属于纳米微晶纤维素制备技术领域，具体涉及一种超低酸水解纤维制备纳米微晶纤维素的方法。背景技术目前，能源与环境问题逐渐成为人类社会普遍关注的两大议题。可再生能源是应对能源短缺以及减少环境污染的重要手段。纤维素是一种储量最丰富的可再生的天然高分子聚合物。纳米微晶纤维素是纤维素衍生物中一类尺寸在纳米级别的高分子材料。具有优异的机械性能、巨大的比表面积、良好的生物相容性和生物可降解性等性质。因此，其可广泛用于制浆造纸、生物医药、催化剂、食品加工、能源及复合材料等领域。制备纳米微晶纤维素的方法主要有机械法（机械磨浆、高压均质处理、球磨等）和化学法（NaOH预处理、TEMPO氧化法、次氯酸钠氧化法、酸水解法）。常用制备纳米微晶纤维素的方法为强酸水解。即通过浓硫酸或浓盐酸水解纤维中无定形区和部分结晶区得到纳米微晶纤维素。强酸水解法制备纳米微晶纤维素对纤维素降解程度不易控制，对设备腐蚀性较强，需处理大量废酸，阻碍了化学法制备纳米微晶纤维素产业化进程。因此，研发一种腐蚀强度低及环境友好的新的纳米微晶纤维素制备方法显得尤为重要。发明内容为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种超低酸水解纤维制备纳米微晶纤维素的方法，采用超低酸水解纤维素素制备纳米微晶纤维素，用酸量极低、环境友好及设备腐蚀低的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超低酸水解纤维制备纳米微晶纤维素的方法，包括以下步骤：步骤1，将3-5g纤维原料分散在35-40ml盐酸或硫酸中，加入0.5-1ml蒸馏水，在加热、加压及搅拌的条件下于高压反应釜中进行反应；反应温度为150-180℃，反应时间50-80min，反应压力5-20MPa；步骤2，反应结束后，将反应产物离心处理后；取沉淀物，用去离子水反复洗涤离心至上层液呈淡蓝色或乳白色悬浮液状态，取上层液透析4天～5天后，再超声分散，上层清液即为纳米微晶纤维素；所述的盐酸或硫酸质量分数≤0.1%。所述的盐酸或硫酸质量分数在0.05%～0.1%。所述的离心转速在5000-7000rpm。所述纤维素原料包括竹浆、麦草浆、微晶纤维素或棉浆中的一种。所述的纳米微晶纤维素长度在400-800nm，宽度20-60nm，得率为40-50%。本发明的有益效果是：本发明采用超低酸制备纳米微晶纤维素，超低酸水解相对于传统的浓酸水解法，用酸量极低而无需回收，从而无需大量的水用于后续透析处理，制备操作简单，污染小及设备腐蚀小的优点，解决了目前纳米纤维素晶体工业化生产面临的障碍；具有广阔的工业化应用前景。附图说明图1为本发明制备的纳米微晶纤维素TEM图。图2为本发明制备的纳米微晶纤维素粒径分布图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。实施例11）取4g竹浆纤维（1.8mm≤长度≤2.5mm，15μm≤宽度≤20μm），加入38ml质量分数为0.08%的盐酸及0.8ml蒸馏水；反应温度为150℃，反应时间50min，反应压力5MPa；2）待反应结束后，将反应产物离心处理，离心转速5000rpm，取沉淀用去离子水反复洗涤离心至上层液呈淡蓝色或乳白色悬浮液状态，取上层液透析4天，随后超声分散，上层清液即为纳米微晶纤维素。通过上述制备方法得到的纳米微晶纤维素其得率41%，长度800nm，宽度60nm。实施例21）取4g竹浆纤维（1.8mm≤长度≤2.5mm，15μm≤宽度≤20μm），加入38ml质量分数为0.1%的盐酸及0.9ml蒸馏水；反应温度为160℃，反应时间70min，反应压力10Mpa；2）待反应结束后，将反应产物进行离心处理，离心转速6000rpm，取沉淀物，用去离子水反复洗涤离心至上层液呈淡蓝色或乳白色悬浮液状态，取上层液透析4天；随后超声分散，上层清液即为纳米微晶纤维素。通过上述制备方法得到的纳米微晶纤维素其得率45%，如图1、图2及表1所示，制备的纳米微晶纤维素长度450nm，宽度30nm。表1为纳米微晶纤维素尺寸分布Sizer.nm:Number%Widthr.nmZ-Averager.nm:625.0Peak1:93.46100.030.00Pdl:1.000Peak2:0.0000.00.000Intercept:0.778Peak3:0.0000.00.000表1为超低酸水解竹浆纤维制备的纳米微晶纤维素的尺寸分布，由表1可见，当竹浆纤维添加量为4g，反应温度为160℃，反应时间为70min，反应压力10MPa，盐酸浓度0.1%时，所制备的纳米微晶纤维素长度为625nm，宽度为30nm。实施例31）取5g麦草浆纤维（1mm≤长度≤1.5mm，10μm≤宽度≤16μm），加入39ml质量分数为0.08%的硫酸及0.6ml蒸馏水；反应温度为180℃，反应时间60min，反应压力15Mpa；2）待反应结束后，将反应产物进行离心，离心转速7000rpm，取沉淀用去离子水反复洗涤离心至上层液呈淡蓝色或乳白色悬浮液状态，取上层液透析4天，随后超声分散，上层清液即为纳米微晶纤维素；通过上述制备方法得到的纳米微晶纤维素其得率在44%，长度600nm，宽度40nm。实施例41）取3g棉浆纤维（2mm≤长度≤4mm，20μm≤宽度≤30μm），加入39ml质量分数为0.08%的硫酸及0.7ml蒸馏水；反应温度为180℃，反应时间80min，反应压力20Mpa；2）待反应结束后，将反应产物进行离心，离心转速5000rpm，取沉淀用去离子水反复洗涤离心至上层液呈淡蓝色或乳白色悬浮液状态，取上层液透析4天，随后超声分散，上层清液即为纳米微晶纤维素。通过上述制备方法得到的纳米微晶纤维素其得率42%，长度400nm，宽度20nm。实施例51）取5g微晶纤维素（0.02mm≤长度≤0.1mm，5μm≤宽度≤15μm），加入40ml质量分数为0.1%的硫酸及0.5ml蒸馏水；反应温度为150℃，反应时间60min，反应压力15Mpa；2）待反应结束后，将反应产物进行离心，离心转速5000rpm,，取沉淀用去离子水反复洗涤离心至上层液呈淡蓝色或乳白色悬浮液状态，取上层液透析4天，随后超声分散，上层清液即为纳米微晶纤维素。通过上述制备方法得到的纳米微晶纤维素其得率50%，长度500nm，宽度40nm。

权利要求：1.一种超低酸水解纤维制备纳米微晶纤维素的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将3-5g纤维原料分散在35-40ml盐酸或硫酸中，加入0.5-1ml蒸馏水，在加热、加压及搅拌条件下进行反应；反应温度为150-180℃，反应时间50-80min，反应压力5-20MPa；步骤2，反应结束后，将反应产物离心处理后；取沉淀物，用去离子水反复洗涤离心至上层液呈淡蓝色或乳白色悬浮液状态，取上层液透析，再超声分散，上层清液即为纳米微晶纤维素；所述的盐酸或硫酸质量分数≤0.1%。2.根据权利要求1所述的一种超低酸水解纤维制备纳米微晶纤维素的方法，其特征在于，所述的盐酸或硫酸质量分数为0.05%～0.1%。3.根据权利要求1所述的一种超低酸水解纤维制备纳米微晶纤维素的方法，其特征在于，所述纤维素原料包括竹浆、麦草浆、微晶纤维素或棉浆中的一种。4.根据权利要求1所述的一种超低酸水解纤维制备纳米微晶纤维素的方法，其特征在于，所述的纳米微晶纤维素长度在400-800nm，宽度20-60nm，得率为40-50%。

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