一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法。包括按质量比为1：50～100称取生物质纤维和苯醇溶液，然后加入到亚氯酸钠溶液，与KOH溶液混合，通过水浴锅密封中加热；然后进行超声波处理和电晕处理；纳米纤维悬浊液进行冷冻干燥、超临界干燥或者临界点干燥。本发明将生物质纤维经苯醇溶液抽提，去除生物质纤维中的可溶性物质，再用亚氯酸钠脱除木质素、KOH溶液脱除半纤维素，然后再次脱除木质素和半纤维素；用盐酸处理脱除碱不溶半纤维素及木质素，最后超声波破碎处理，再进行电晕击流得到具有高长径比、高的生物质纤维素纳米纤维，具有更好的纤维分布，微观结构均匀性能好，具有更好的力学性能。
【专利说明】
一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于生物质技术领域，特别是涉及一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米材料的物理性质与常规材料不同。例如，纳米金的熔点远低于常态金的熔点(10640C)，而且颗粒尺寸越小，熔点也越低:当颗粒半径为5nm、3nm和2nm时，熔点分别为900°C、770°C和500°C。纳米材料的颜色也往往不同于常规材料。例如，金是黄色的，而纳米金则呈红色。纳米技术还可以改变材料的表面性能。例如，透过用水冲过的纳米Ti02处理过的玻璃可以清晰地看到后面的实物，但未处理的玻璃表面上却因水的条纹而看不清后面的物体。
[0003]木材/木质纤维素是一种普遍存在的蕴藏最为丰富的自然生物资源，具有纳米级纤维结构，并具有可控的“自组装”(Self-assembly)性能。作为一种纳米材料，木材/木质纤维素与其他纳米材料的相互作用还远没有得到充分的开发和利用，还可开发出很多种功能与用途，同时，应用于生物材料分析的新技术在木质纤维素领域中应用，可以开发出木质纤维素的更多新用途，因此，木质纤维素的研究将成为开发生物质资源可持续性经济的基础。
[0004]由于纤维素分子链间存在较高的氢键作用力，使得制备的纳米纤维间容易相互聚集成直径高于10nm的纤维聚集体，这部分纤维在使用时不易均匀分散，影响了增强效果；利用微生物发酵制备细菌纤维素，可制备出直径尺寸分布均匀、网状缠结的高长径比纳米纤维，但是这一材料的制备成本较高，对制备条件和制备过程的要求也比较苛刻，影响了纳米纤维的生产效率和经济效益。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法，通过将生物质纤维经苯醇溶液抽提，去除生物质纤维中的可溶性物质，再用亚氯酸钠脱除木质素、KOH溶液脱除半纤维素，然后再次脱除木质素和半纤维素；用盐酸处理脱除碱不溶半纤维素及木质素，最后超声波破碎处理，再进行电晕，得到一种高品质生物质纤维素纳米纤维。
[0006]为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明为一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法，包括如下步骤，
[0008]步骤一:按质量比为1:50?100称取生物质纤维和苯醇溶液，并将生物质纤维置于苯醇溶液中，在温度为85°C?95°C的条件下抽提5h?7h;
[0009]步骤二:配制质量浓度为I%?2 %的亚氯酸钠溶液，并调节其pH值为4?5，然后将经步骤一处理的生物质纤维加入到亚氯酸钠溶液中保持4h?6h，期间每隔0.9?1.1h继续向亚氯酸钠溶液中补加亚氯酸钠和冰醋酸，以保持亚氯酸钠溶液中亚氯酸钠的质量浓度为1%?2%，亚氯酸钠溶液的pH值为4?5;
[0010]步骤三:将经步骤二处理的生物质纤维加入到质量浓度为1.5 %?2.5 %的KOH溶液中，混合均匀，在温度为80 °C?100 0C条件下保持1.5h?2.5h;
[0011 ] 步骤四:按63mL?67mL蒸馈水加入0.4mL?0.6mL冰醋酸和0.5g?0.7g亚氯酸钠的比例，将冰醋酸和亚氯酸钠加入到蒸馏水中制成溶液，并将经步骤三处理的生物质纤维加入到溶液中，密封后置于72 °C?77°C的水浴锅中加热处理0.8h?1.2h;
[0012]步骤五:将经步骤四处理后的生物质纤维加入到质量浓度为4.5%?5.5%的KOH溶液中，混合均匀，在温度为80°C?100°C条件下保持1.5h?2.5h;
[0013]步骤六:将经步骤五处理后的生物质纤维加入到质量浓度为0.8%?1.2 %的盐酸中，密封后置于75 °C?85°C的水浴锅中加热1.8h?2.2h ；
[0014]步骤七:将经步骤六处理后的生物质纤维加入到水中，然后进行超声波处理，超声功率为400W?2000W，超声时间为5min?30min，得到纳米纤维悬浊液；
[0015]步骤八:将步骤七得到的纳米纤维悬浊液进行电晕处理，电晕时间为30s-60s;
[0016]步骤九:将经步骤八得到的纳米纤维悬浊液进行冷冻干燥、超临界干燥或者临界点干燥。
[0017]进一步地，所述步骤一中所述的生物质纤维为50目?70目的木纤维、50目?70目的竹纤维、50目?70目的棉纤维、50目?70目的麻纤维。
[0018]进一步地，所述步骤二中配制质量浓度为1.1 %?1.9%的亚氯酸钠溶液，并调节其pH值为4.2?4.8，然后将经步骤一处理的生物质纤维加入到亚氯酸钠溶液中保持4.2h?
5.8h，期间每隔0.95?1.05h向亚氯酸钠溶液中补加亚氯酸钠和冰醋酸，以保持亚氯酸钠溶液中亚氯酸钠的质量浓度为1.1%?1.9%，亚氯酸钠溶液的pH值为4.2?4.8。
[0019]进一步地，所述步骤四中按64mL?66mL蒸馈水加入0.44mL?0.55mL冰醋酸和
0.55g?0.65g亚氯酸钠的比例，将冰醋酸和亚氯酸钠加入到蒸馏水中制成溶液。
[0020]进一步地，所述步骤四中将经步骤三处理的生物质纤维加入到溶液中，密封后置于73°C?76°C的水浴锅中加热处理0.9h?1.1h。
[0021]本发明具有以下有益效果:
[0022]本发明将生物质纤维经苯醇溶液抽提，去除生物质纤维中的可溶性物质，再用亚氯酸钠脱除木质素、KOH溶液脱除半纤维素，然后再次脱除木质素和半纤维素；用盐酸处理脱除碱不溶半纤维素及木质素，最后超声波破碎处理，再进行电晕击流得到具有高长径比、高的生物质纤维素纳米纤维，具有更好的纤维分布，微观结构均匀性能好，具有更好的力学性能。
[0023]当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【具体实施方式】
[0024]本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]本发明为一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法，包括如下步骤，
[0026]步骤一:按质量比为1:50?100称取生物质纤维和苯醇溶液，并将生物质纤维置于苯醇溶液中，在温度为85°C?95°C的条件下抽提5h?7h;
[0027]步骤二:配制质量浓度为I%?2 %的亚氯酸钠溶液，并调节其pH值为4?5，然后将经步骤一处理的生物质纤维加入到亚氯酸钠溶液中保持4h?6h，期间每隔0.9?1.1h继续向亚氯酸钠溶液中补加亚氯酸钠和冰醋酸，以保持亚氯酸钠溶液中亚氯酸钠的质量浓度为1%?2%，亚氯酸钠溶液的pH值为4?5;
[0028]步骤三:将经步骤二处理的生物质纤维加入到质量浓度为1.5 %?2.5 %的KOH溶液中，混合均匀，在温度为80 °C?100 0C条件下保持1.5h?2.5h;
[0029]步骤四:按63mL?67mL蒸馈水加入0.4mL?0.6mL冰醋酸和0.5g?0.7g亚氯酸钠的比例，将冰醋酸和亚氯酸钠加入到蒸馏水中制成溶液，并将经步骤三处理的生物质纤维加入到溶液中，密封后置于72 °C?77°C的水浴锅中加热处理0.8h?1.2h;
[0030]步骤五:将经步骤四处理后的生物质纤维加入到质量浓度为4.5%?5.5%的KOH溶液中，混合均匀，在温度为80°C?100°C条件下保持1.5h?2.5h;
[0031 ]步骤六:将经步骤五处理后的生物质纤维加入到质量浓度为0.8%?1.2%的盐酸中，密封后置于75 °C?85°C的水浴锅中加热1.8h?2.2h ；
[0032]步骤七:将经步骤六处理后的生物质纤维加入到水中，然后进行超声波处理，超声功率为400W?2000W，超声时间为5min?30min，得到纳米纤维悬浊液；
[0033]步骤八:将步骤七得到的纳米纤维悬浊液进行电晕处理，电晕时间为30s-60s;
[0034]步骤九:将经步骤八得到的纳米纤维悬浊液进行冷冻干燥、超临界干燥或者临界点干燥。
[0035]其中，步骤一中所述的生物质纤维为50目?70目的木纤维、50目?70目的竹纤维、50目?70目的棉纤维、50目?70目的麻纤维。
[0036]其中，步骤二中配制质量浓度为1.1%?1.9%的亚氯酸钠溶液，并调节其pH值为
4.2?4.8，然后将经步骤一处理的生物质纤维加入到亚氯酸钠溶液中保持4.2h?5.8h，期间每隔0.95?1.05h向亚氯酸钠溶液中补加亚氯酸钠和冰醋酸，以保持亚氯酸钠溶液中亚氯酸钠的质量浓度为1.1 %?1.9%，亚氯酸钠溶液的pH值为4.2?4.8。
[0037]其中，步骤四中按64mL?66mL蒸饱水加入0.44mL?0.55mL冰醋酸和0.55g?0.65g亚氯酸钠的比例，将冰醋酸和亚氯酸钠加入到蒸馏水中制成溶液。
[0038]其中，步骤四中将经步骤三处理的生物质纤维加入到溶液中，密封后置于73°C?760C的水浴锅中加热处理0.9h?1.1h。
[0039]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0040]以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的【具体实施方式】。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
【主权项】
1.一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于:包括如下步骤， 步骤一:按质量比为1:50?100称取生物质纤维和苯醇溶液，并将生物质纤维置于苯醇溶液中，在温度为85°C?95°C的条件下抽提5h?7h; 步骤二:配制质量浓度为1%?2%的亚氯酸钠溶液，并调节其pH值为4?5，然后将经步骤一处理的生物质纤维加入到亚氯酸钠溶液中保持4h?6h，期间每隔0.9?1.1h继续向亚氯酸钠溶液中补加亚氯酸钠和冰醋酸，以保持亚氯酸钠溶液中亚氯酸钠的质量浓度为I %?2%，亚氯酸钠溶液的pH值为4?5; 步骤三:将经步骤二处理的生物质纤维加入到质量浓度为1.5%?2.5%的KOH溶液中，混合均匀，在温度为80 °C?100 0C条件下保持1.5h?2.5h; 步骤四:按63mL?67mL蒸馈水加入0.4mL?0.6mL冰醋酸和0.5g?0.7g亚氯酸钠的比例，将冰醋酸和亚氯酸钠加入到蒸馏水中制成溶液，并将经步骤三处理的生物质纤维加入到溶液中，密封后置于72 °C?77°C的水浴锅中加热处理0.8h?1.2h; 步骤五:将经步骤四处理后的生物质纤维加入到质量浓度为4.5 %?5.5 %的KOH溶液中，混合均匀，在温度为80 °C?100 0C条件下保持1.5h?2.5h; 步骤六:将经步骤五处理后的生物质纤维加入到质量浓度为0.8%?1.2%的盐酸中，密封后置于75 °C?85°C的水浴锅中加热1.8h?2.2h ； 步骤七:将经步骤六处理后的生物质纤维加入到水中，然后进行超声波处理，超声功率为400W?2000W，超声时间为5min?30min，得到纳米纤维悬浊液； 步骤八:将步骤七得到的纳米纤维悬浊液进行电晕处理，电晕时间为30s-60s; 步骤九:将经步骤八得到的纳米纤维悬浊液进行冷冻干燥、超临界干燥或者临界点干燥。2.根据权利要求1所述的一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤一中所述的生物质纤维为50目?70目的木纤维、50目?70目的竹纤维、50目?70目的棉纤维、50目?70目的麻纤维。3.根据权利要求1所述的一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤二中配制质量浓度为1.1%?1.9%的亚氯酸钠溶液，并调节其pH值为4.2?4.8，然后将经步骤一处理的生物质纤维加入到亚氯酸钠溶液中保持4.2h?5.Sh，期间每隔0.95?1.05h向亚氯酸钠溶液中补加亚氯酸钠和冰醋酸，以保持亚氯酸钠溶液中亚氯酸钠的质量浓度为1.1%?1.9%，亚氯酸钠溶液的pH值为4.2?4.8。4.根据权利要求1所述的一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤四中按64mL?66mL蒸馈水加入0.44mL?0.55mL冰醋酸和0.55g?0.65g亚氯酸钠的比例，将冰醋酸和亚氯酸钠加入到蒸馏水中制成溶液。5.根据权利要求1所述的一种生物质纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤四中将经步骤三处理的生物质纤维加入到溶液中，密封后置于73°C?76°C的水浴锅中加热处理0.9h?1.lh。
【文档编号】D21C9/00GK106087505SQ201610443433
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】方许
【申请人】安徽新生力生物科技有限公司