一种应用离子液体催化水解制备纳米纤维素的方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用离子液体催化水解制备纳米纤维素的方法，将纸浆加入到离子液体中，在超声波作用下将温度上升至50~70℃，反应1~3h后，用液氮快速冷冻处理20min；然后缓慢融解，并将温度上升到50~70℃；重复液氮快速冷冻-缓慢融解-升温操作数次，从悬浊液中萃取出离子液体，剩余液高速离心纯化，得到乳白色的纤维素胶体，经真空冷冻干燥24h，即得纳米纤维素粉末。本发明具有对设备腐蚀性小、对环境污染小、对纤维素降解损伤小，且纳米纤维素得率高、离子液体可重复使用等优点，克服了传统液体酸制备纳米纤维素的缺点。
【专利说明】一种应用离子液体催化水解制备纳米纤维素的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物质纤维素领域，具体涉及一种应用离子液体催化水解制备纳米纤维素的方法。
【背景技术】
[0002]纤维素是由D-吡喃葡萄糖环彼此以β -1, 4-糖苷键联结而成的线形高分子，在自然界中蕴藏丰富的可再生资源。其在适当的环境条件下，可使糖苷断裂，聚合度下降，最后形成结晶度很高的纳米纤维(nanocrystalline cellulose,简称NCC)。NCC具有巨大的比表面积和表面原子数及特殊的表面效应，且仍然具有纤维素的晶型和性质。目前NCC已被用作药物载体、纳米增强剂、涂料增稠剂、分散剂、药物赋形剂、食品添加剂、化妆品基质、膜滤器等。
[0003]目前制备NCC的常规技术一般都要涉及到酸处理过程或碱处理过程，其制备过程对设备腐蚀严重，对环境污染大。因此，寻找一种环境友好的在温和条件下制备NCC的方法成为纳米纤维素生产过程中必须解决的难题。美国、日本、英国等国家在该领域投入大量的人力和物力。
[0004]离子液体是完全由阴、阳离子组成的液体，与传统的化学溶剂相比，离子液体具有蒸气压小、不挥发、不可燃、毒性小，可用于真空体系中；溶解性能好，对无机和有机材料表现出良好的溶解能力；易于与其它物质分离，可以循环利用；电导率高、电势窗大(可达到4V);热稳定性和化学稳定性好，具有很宽的液态范围(-96?300 V);可设计性强等。由于离子液体的优异性能，使其在分离、催化、电化学、有机合成等领域得到广泛应用。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种应用离子液体催化水解制备纳米纤维素的方法，具有对设备腐蚀性小、对环境污染小、对纤维素降解损伤小，且纳米纤维素得率高、离子液体可重复使用等优点，克服了传统液体酸制备纳米纤维素的缺点。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种应用离子液体催化水解制备纳米纤维素的方法包括以下步骤:
(1)称取2?5g纸浆加入到5(Tl00ml离子液体(氯化1_烯丙基_3_甲基咪唑[Amim]Cl或氯化1-丁基-3-甲基咪唑[Bmim]Cl或溴化1-辛基-3-甲基咪唑[0mim]Br或溴化1-丁基-3-甲基咪唑[Bmim]Br)中，在超声波作用下将温度上升至5(T70°C，反应l?3h后，用液氮快速冷冻处理20min ;然后缓慢融解，并将温度上升到5(T70°C ；
(2)重复步骤(I)的液氮快速冷冻-缓慢融解-升温操作2飞次后，从悬浊液中萃取出离子液体，剩余液高速离心纯化，得到乳白色的纤维素胶体，经真空冷冻干燥24h，即得纳米纤维素粉末。
[0007]步骤(I)的超声波功率为30(T500W。
[0008]本发明的显著优点在于:本发明具有对设备腐蚀性小、对环境污染小、对纤维素降解损伤小，纳米纤维素得率高、长度、宽度分布比较集中，离子液体可重复使用等优点，克服了传统液体酸制备纳米纤维素对设备腐蚀性大、对环境污染大等缺点。
【具体实施方式】
[0009]实施例1
称取2g纸浆加入到50ml的离子液体氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑[Amim]Cl中，在功率为300W的超声波作用下将温度上升至70°C，并反应Ih后，将用液氮快速冷冻处理20min ；然后缓慢融解，并将温度上升到70°C。重复液氮快速冷冻-缓慢融解-升温操作2次后，将从悬浊液中萃取出离子液体，将剩余液进一步高速离心纯化，得到乳白色的纤维素胶体经真空冷冻干燥24h，即制得纳米纤维素粉末。
[0010]利用法国Techpap公司生产的Morfi Compact纤维形态分析仪分析纤维素的形态结构。测得该纳米纤维素的平均长度589 nm;平均宽度46 nm ;长度主要分布在45(T750nm，长度 55(T650nm 占 93.2%。
[0011]实施例2
称取5g纸浆加入到IOOml的离子液体溴化1-辛基-3-甲基咪唑[0mim]Br中，在功率为500W的超声波作用下将温度上升至50°C，并反应3h后，将用液氮快速冷冻处理20min ；然后缓慢融解，并将温度上升到50°C。重复液氮快速冷冻-缓慢融解-升温操作5次后，将从悬浊液中萃取出离子液体，将剩余液进一步高速离心纯化，得到乳白色的纤维素胶体经真空冷冻干燥24h，即制得纳米纤维素粉末。
[0012]利用法国Techpap公司生产的Morfi Compact纤维形态分析仪分析纤维素的形态结构。测得该纳米纤维素的平均长度381 nm;平均宽度32 nm ;长度主要分布在30(T450nm，长度 35(T400nm 占 90.8%。
[0013]实施例3
称取3g的纸浆加入到80ml的氯化1- 丁基-3-甲基咪唑[Bmim]Cl中，在功率为400W的超声波作用下将温度上升至60°C，并反应2h后，将用液氮快速冷冻处理20min ;然后缓慢融解，并将温度上升到60°C。重复液氮快速冷冻-缓慢融解-升温操作4次后，将从悬浊液中萃取出离子液体，将剩余液进一步高速离心纯化，得到乳白色的纤维素胶体经真空冷冻干燥24h，即制得纳米纤维素粉末。
[0014]利用法国Techpap公司生产的Morfi Compact纤维形态分析仪分析纤维素的形态结构。测得该纳米纤维素的平均长度508 nm;平均宽度39 nm ;长度主要分布在40(T650nm，长度 450?550nm 占 94.3%。
[0015]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种应用离子液体催化水解制备纳米纤维素的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)称取疒5g纸浆加入到5(Tl00ml离子液体中，在超声波作用下将温度上升至50^70 °C,反应l~3h后，用液氮快速冷冻处理20min ;然后缓慢融解，并将温度上升到50^70 0C ； (2)重复步骤(I)的液氮快速冷冻-缓慢融解-升温操作2飞次后，从悬浊液中萃取出离子液体，剩余液高速离心纯化，得到乳白色的纤维素胶体，经真空冷冻干燥24h，即得纳米纤维素粉末。
2.根据权利要求1所述的应用离子液体催化水解制备纳米纤维素的方法，其特征在于:步骤(I)的超声波功率为30(T500W。
3.根据权利要求1所述的应用离子液体催化水解制备纳米纤维素的方法，其特征在于:步骤(I)所述的离子液体 为氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-辛基-3-甲基咪唑、溴化1-丁基-3-甲基咪唑中的一种。
【文档编号】D21C5/00GK103469662SQ201310433104
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】陈孝云, 陆东芳, 陈星 , 常鼎伟, 高骁敏 申请人:福建农林大学