一种单分子纤维素的分离方法
【专利摘要】本发明公开了一种单分子纤维素的分离方法，包括顺序相接的如下步骤：A、将质量比为（0.001mg:1g）-（100mg:1g）的纤维素和溶剂按照混溶，并加热至90-160℃，保温1-8h；B、将步骤A所得物料降温至30-70℃；C、取1-50μL步骤B所得物料滴加在硅氧烷修饰的云母片表面，以500-3000转/分钟的速度旋涂0.5-5分钟，然后在70-120℃下，保温1-4小时，洗涤纯化、吹干，即得。本发明提供了一种单分子纤维素的分离方法，所得单分子纤维素的得率高、纯度高，为从分子水平上研究及开发纤维素新产品提供了新的借鉴方法。
【专利说明】一种单分子纤维素的分离方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单分子纤维素的分离方法。
【背景技术】
[0002]纤维素作为最丰富的天然可再生资源之一，每年通过生物合成的可再生纤维素达1000亿吨以上，具有价廉、可降解及不污染生态环境等优点。纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，是植物细胞壁的主要成分，不溶于水及一般有机溶剂。随着世界各国对环境污染问题的日益关注，各国越来越重视纤维素这一天然高分子材料的可生物降解性和环境协调性，加紧了其功能性的研究和开发。随着科学技术的发展，对纤维素的研究及开发应用已达到了前所未有的高度，除了纺织、造纸工业上纤维素以原有形态被利用外，其它如硫酸纤维素、硝酸纤维素、醋酸纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、轻乙基纤维素、轻丙基纤维素以及梭甲基纤维素等相继实现工业化，在国民经济中起着重要作用。近些年，利用地球上广泛存在的纤维素生物原料生产清洁的乙醇燃料，作为一种高端的清洁能源技术，被寄予了很高的期望。而较高的生产成本限制了纤维素生物乙醇燃料技术的推广。如果能从分子水平上研究纤维素转为生物质燃料以及其它化学品的反应机理，则将会对纤维素新产品的开发及新技术推广起到不可估量推动作用。但目前尚无单分子纤维素分离的相关报道。
【发明内容】
[0003]本发明新提供了一种单分子纤维素的分离方法。
[0004]为解决上述技术问 题，本实发明采用如下技术方案:
[0005]一种单分子纤维素的分离方法，包括顺序相接的如下步骤:
[0006]A、将质量比为(0.0Olmg: lg) - (IOOmg:1g)的纤维素和溶剂按照混溶，并加热至90-160。。，保温 l-8h ；
[0007]B、将步骤A所得物料降温至30_70°C ；
[0008]C、取1-50 μ L步骤B所得物料滴加在硅氧烷修饰的云母片表面，以500-3000转/分钟的速度旋涂0.5-5分钟，然后在70-120°C下，保温1-4小时，洗涤纯化、吹干，即得。
[0009]采用上述方法，可分离得到单分子纤维素，为从分子水平上研究及开发纤维素新产品提供了新的借鉴方法。
[0010] 申请人:经研究发现，步骤C中，使用硅氧烷修饰的云母片可使单分子纤维素通过氢键和共价键的作用牢固地附着在云母片的表面，相对没经修饰的云母片可大幅地减少了单分子纤维素的流失。
[0011]硅氧烷修饰的云母的制备方法为:将云母片置于体积比为(1: 100)- (1:1000)的硅氧烷水溶液中4-10分钟后，取出，洗涤、吹干后，即得。这样可进一步提高单分子纤维素的得率。上述体积比指硅氧烷与水的体积比。云母片在硅氧烷水溶液中静置的时间优选为4-6分钟，这样既能保证产品质量，又能提高生产效率。
[0012]云母片取出后，水洗，并用氮气吹干，即得。这样不仅操作简便，而且可保证产品的纯度。
[0013]云母片优选为电镜基片云母，表面粗糙度小于0.2纳米。这样便于清楚观察单分子纤维素。硅氧烷水溶液修饰后的云母片的粗糙度也小于0.2纳米。这样既能保证单分子纤维素在云母片上的附着力，又便于清楚观察单分子纤维素。
[0014]娃氧烧为3_氨丙基二乙氧基娃烧、异氰酸丙基二乙氧基娃烧或3_(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。这样可进一步提高单分子纤维素在云母片上附着力，进一步减小单分子纤维素的流失。
[0015]步骤A中，溶剂为离子液体、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)或氯化锂/ 二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc);当溶剂为离子液体时，步骤B为，将步骤A所得物料降温至30-70°C，力口入催化剂、混匀。这样可进一步提高单分子纤维素的得率。
[0016]步骤B中，催化剂为浓硫酸或酸性离子液体，催化剂加入量为步骤A所得物料质量的0.1%_1%。这样可保证制备的效率和广品的得率。
[0017]步骤A中，纤维素可为各种纤维素，优选为棉、亚麻、微晶纤维素或纸浆。
[0018]步骤C中，保温1-4小时后，水洗，并用氮气吹干，即得。这样不仅操作简便，而且可保证所得产品的纯度。
[0019]硅氧烷修饰的云母片为边长为0.5-lcm的正方形。这样既节约材料，同时能保证
产品的得率。
[0020]本发明未提及的技术均为现有技术。
[0021]本发明提供了一种单分子纤维素的分离方法，所得单分子纤维素的得率高、纯度高，为从分子水平上研究及开发纤维素新产品提供了新的借鉴方法。
[0022]
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例1所得单分子纤维素的原子力显微镜表征图；
[0024]从图1可清楚看到，分离出的单分子纤维素固定在硅氧烷修饰的云母片表面，图片的宽度标尺为1.4微米，由此可以看出，单分子纤维素的长度从100纳米到500纳米，该方法分离出的纤维素分子最长可达数微米；图片中最亮点与最暗点高度差为2纳米，由高度分析软件可以测出图中纤维的高度约为0.5纳米，与单个纤维素分子所对应的高度对应(单个纤维素的理论高度值为0.4-0.5纳米，判断是否为单分子纤维素的依据为:确认纤维素的高度是否落在0.4-0.5纳米的区间，参见Determination of the Structure ofCellulose II，Vol.9, N0.2, March-Aprill976)。
【具体实施方式】
[0025]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0026]下述实施例中，云母片为电镜基片云母，购自中镜科仪，使用时，裁剪为边长为
0.8cm的正方形。
[0027]实施例1
[0028]将脱脂棉与NMM0.H2O按照质量比为0.0Olmg:1g混溶，并加热至90°C，保温反应4h，进行充分溶解。然后降温至70°C;云母片置于体积比为1:600的3-氨丙基三乙氧基硅烷水溶液中5分钟，充分水洗后，氮气吹干，得3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的云母；取IOyL的纤维素NMMO溶液滴加在3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的云母片表面，以1000转/分钟的速度旋涂I分钟，于100°C保温2小时，最后使用去离子水洗涤纯化，并以氮气吹干，在云母表面得到单分子纤维素(高度约为0.5纳米)。
[0029]实施例2
[0030]将微晶纤维素与离子液体氯化(1- 丁基-3-甲基咪唑)按照质量比为lmg:1g混溶，并加热至110°C，保温反应6h，进行充分溶解；然后降温至70°C，加入溶液质量分数0.2%的浓硫酸，充分搅拌；云母片置于体积比为1:500的3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水溶液中5分钟，充分水洗后，氮气吹干，得3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷修饰的云母片；取20 μ L的纤维素氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)溶液滴加在3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷修饰的云母片表面，以2000转/分钟的速度旋涂3分钟，于80°C保温3小时，最后使用去离子水洗涤纯化，并以氮气吹干，在云母表面得到单分子纤维素(高度约为0.5纳米，测试方法同实施例1)。
[0031]实施例3
[0032]将亚麻与氯化锂/ 二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)按照质量比为0.5mg:1g混溶，并加热至150°C，保温反应3h，进行充分溶解，然后降温至50°C;云母片置于体积比为1:100的异氰酸丙基三乙氧基硅烷水溶液中5分钟，充分水洗后，氮气吹干，得异氰酸丙基三乙氧基硅烷修饰的云母片；取30μ L的纤维素氯化锂/ 二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)溶液滴加在异氰酸丙基三乙氧基硅烷修饰的云母片表面，以3000转/分钟的速度旋涂1.5分钟，于90°C保温2小时，最后使用去离子水洗涤纯化，并以氮气吹干，在云母表面得到单分子纤维素(高度约为0.5纳米，测试方法同实施例1)。
[0033]实施例4
[0034]将纸浆与离子液体氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)按照质量比为0.lmg:1g混溶，并加热至110°C，保温反应6h，进行充分溶解；然后降温至70°C，加入溶液质量分数0.5%的酸性离子液体4- (3-甲基-1-咪唑)-1_ 丁基磺酸硫酸氢盐，充分搅拌；云母片置于体积比为1:500的3- (2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水溶液中5分钟，充分水洗后，氮气吹干，得3- (2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷修饰的云母；取20 μ L的纤维素氯化(1- 丁基-3-甲基咪唑)溶液滴加在3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷修饰的云母片表面，以2000转/分钟的速度旋涂3分钟，于80°C保温3小时，最后使用去离子水洗涤纯化，并以氮气吹干，在云母表面得到单分子纤维素(高度约为0.5纳米，测试方法同实施例1)。
【权利要求】
1.一种单分子纤维素的分离方法，其特征在于:包括顺序相接的如下步骤: A、将质量比为(0.0Olmg: lg) - (IOOmg:1g)的纤维素和溶剂按照混溶，并加热至90-160。。，保温 l-8h ； B、将步骤A所得物料降温至30-70°C； C、取1-50μ L步骤B所得物料滴加在硅氧烷修饰的云母片表面，以500-3000转/分钟的速度旋涂0.5-5分钟，然后在70-120°C下，保温1-4小时，洗涤纯化、吹干，即得。
2.如权利要求1所述的单分子纤维素的分离方法，其特征在于:硅氧烷修饰的云母的制备方法为:将云母片置于体积比为(1: 100)- (1:1000)的硅氧烷水溶液中4-10分钟后，取出，洗涤、吹干后，即得。
3.如权利要求2所述的单分子纤维素的分离方法，其特征在于:云母片取出后，水洗，并用氮气吹干，即得。
4.如权利要求2或3所述的单分子纤维素的分离方法，其特征在于:云母片为电镜基片云母，表面粗糙度小于0.2纳米。
5.如权利要求2或3所述的单分子纤维素的分离方法，其特征在于:硅氧烷为3-氨丙基二乙氧基娃烧、异氰酸丙基二乙氧基娃烧或3_(2，3-环氧丙氧)丙基二甲氧基娃烧。
6.如权利要求1-3任意一项所述的单分子纤维素的分离方法，其特征在于:步骤A中，溶剂为离子液体、N-甲基吗啉-N-氧化物或氯化锂/ 二甲基乙酰胺；当溶剂为离子液体时，步骤B为，将步骤A所得物料降温至30-70°C，加入催化剂、混匀。
7.如权利要求6所述的单分子纤维素的分离方法，其特征在于:步骤B中，催化剂为浓硫酸或酸性离子液体，催化剂加入量为步骤A所得物料质量的0.1%-1%。
8.如权利要求1-3任意一项所述的单分子纤维素的分离方法，其特征在于:步骤A中，纤维素为棉、亚麻、微晶纤维素或纸浆。
9.如权利要求1-3任意一项所述的单分子纤维素的分离方法，其特征在于:步骤C中，保温1-4小时后，水洗，并用氮气吹干，即得。
10.如权利要求1-3任意一项所述的单分子纤维素的分离方法，其特征在于:硅氧烷修饰的云母片为边长为0.5-lcm的正方形。
【文档编号】B01D15/00GK103657144SQ201310676949
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】刘鹤, 商士斌, 宋湛谦, 王丹, 宋杰 申请人:中国林业科学研究院林产化学工业研究所