一种利用废旧棉织物制备微晶纤维素的方法与流程

本发明属于微晶纤维素的制备及应用技术领域，具体涉及一种利用废旧棉织物制备微晶纤维素的方法。

背景技术：

微晶纤维素是一种以β-1,4葡萄糖苷键结合的直链式多糖，由植物原料经稀酸水解成α-纤维素后，再经部分解聚后形成的结晶状纤维，是具有极限聚合度的可自由流动的白色或近白色粉末状固体物质。到目前为止，微晶纤维素已被广泛应用于制药、化妆品、医疗、食品和材料加工等领域。

在工业生产过程中，微晶纤维素由木质纤维制得，最近一些研究人员利用各种廉价易得的材料制备出了微晶纤维素，如茶叶废料和柚皮等。我国每年废旧棉纤织物的产量巨大，它可以用作制备微晶纤维素的原料。

目前制备微晶纤维素时多用无机酸来催化水解，但由于酸的性质，会导致生产成本高、设备腐蚀严重以及环境污染等问题。为了避免上述问题，研究者们利用微波辐照稻草秸秆、耦合酸和酶介质处理玉米芯和轧棉机废渣以及电离辐射如用电子束照射纸浆等方法来制备微晶纤维素。这些方法大多数仍然处于实验阶段，并且或多或少在能耗、成本控制和实际应用上表现欠佳。因此，寻找一种替代传统手段来制备微晶纤维素的方法仍然是必要的。

磷钨酸(h3pw12o40,磷钨酸)是一种新型的多功能催化剂，它具有丰富的bronsted酸位点，可以打破纤维素中的β-1,4糖苷键。与其他无机酸相比，磷钨酸更容易在反应后被回收，对设备腐蚀更少，工作环境也相对安全。因此，选择磷钨酸催化废旧棉纤维水解并将其转化为微晶纤维素，是一种经济可行，高效环保的处理办法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种利用废旧棉织物制备微晶纤维素的方法。该方法工艺简单，所用原料经济易得，所用催化剂可回收再次使用，是一种有效的微晶纤维素的制备方法。

为实现上述目的，本发明所设计的一种利用废旧棉织物制备微晶纤维素的方法，包括如下步骤：

1)将废旧棉织物裁剪成碎片，加入去离子水搅拌后置于超声波清洗机中震荡清洗，得到混合液i；

2)将步骤1)震荡后的混合液i倒入抽滤瓶上的布氏漏斗中，用定量滤纸进行抽滤，用去离子水洗涤多次、再过滤，得到滤饼；

3)将步骤2)中得到的滤饼置于反应器中，加入磷钨酸和去离子水，搅拌均匀，得到混合液ii，其中废旧棉织物与磷钨酸的质量比为1:0.08～1:0.8；

4)将步骤3)中得到的混合液ii置于反应釜中，密封反应釜，将反应釜置于马弗炉中加热到140℃后，在反应釜体自生压力下保温一定时间，使棉纤维降解成微晶纤维素；

5)关闭电加热器，待马弗炉内温度自然冷却至室温，取出反应釜，将反应釜内的混合物倒入抽滤瓶上的布氏漏斗中，用定量滤纸进行抽滤，得到的滤饼和滤液；

6)将步骤5)中得到的滤饼依次用去离子水和乙醇清洗、再抽滤，将得到的滤饼置于真空烘箱中，在60℃下烘干6h，即得到微晶纤维素；

7)将步骤5)得到的滤液转移到分液漏斗中，然后加入乙醚，轻轻摇晃分液漏斗，在分液漏斗底部产生既不溶于水也不溶于乙醚的乙醚/磷钨酸复合物，将分液漏斗底部的复合物分离出来，置于通风橱中使乙醚挥发，即得到回收的磷钨酸。

作为优选方案，所述步骤1)中废旧棉织物碎片大小为1×1cm，震荡温度为室温，震荡频率为40～60khz，震荡时间为30～60min。

作为优选方案，所述步骤3)中废旧棉织物与磷钨酸的质量比为1:0.4。

作为优选方案，所述步骤4)中的反应釜是内衬为对位聚苯酚、外部为不锈钢材质的反应釜。

作为优选方案，所述步骤4)中保温时间为6h。

作为优选方案，所述磷钨酸、乙醚和乙醇的纯度为99.9％。

作为优选方案，所述微晶纤维素的产率达83.4％，结晶度为85.2％，平均粒径为20.37μm。

本发明的有益效果是：

第一，本发明方法制备工艺简单，所用原料经济易得，采用磷钨酸作为催化剂，对设备腐蚀更少，工作环境安全，反应后可回收再次使用，是一种经济可行，高效环保的处理办法。

第二，本发明所制备的微晶纤维素产率高达83.4％，结晶度为85.2％，平均粒径为20.37μm，微晶纤维素热稳定性和亲水性能良好。

附图说明

图1是本发明制备的微晶纤维素(mcc)与商品微晶纤维素(commercialmcc)的红外光谱图。

图2是本发明制备的微晶纤维素(mcc)与商品微晶纤维素(commercialmcc)的x射线衍射光谱图。

图3是本发明制备的微晶纤维素(mcc)与商品微晶纤维素(commercialmcc)的tg-dtg图。

图4是本发明制备的微晶纤维素(mcc)的场发射扫描电镜形貌图。

图5是本发明制备的微晶纤维素(mcc)与商品微晶纤维素(commercialmcc)的粒径分布图。

图6是本发明本发明制备的微晶纤维素(mcc)与商品微晶纤维素(commercialmcc)的接触角图。

具体实施例

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明内容不仅限于这些实施例。

实施例1

取1.25g废旧棉织物，将其剪成1×1cm大小的碎片，置于烧杯中，加入去离子水，用玻璃棒搅拌均匀。将装有棉织物混合液的烧杯置于超声波清洗机中震荡清洗60min。将清洗后的棉织物置于烧杯中，加入0.1g磷钨酸，然后倒入50ml去离子水，搅拌均匀后倒入反应釜中，密封反应釜，将反应釜置于马弗炉中加热保温。将温度从室温升温至140℃后恒温保温6h，将反应后的固液混合物过滤分离。收集滤液用来回收磷钨酸。用去离子水和乙醇清洗微晶纤维素，再次过滤，将清洗后的微晶纤维素置于真空烘箱中，在60℃的条件下烘干6h。

实施例2

取1.25g废旧棉织物，将其剪成1×1cm大小的碎片，置于烧杯中，加入去离子水，用玻璃棒搅拌均匀。将装有棉织物混合液的烧杯置于超声波清洗机中震荡清洗50min。将清洗后的棉织物置于烧杯中，加入0.3g磷钨酸，然后倒入50ml去离子水，搅拌均匀后倒入反应釜中，密封反应釜，将反应釜置于马弗炉中加热保温。将温度从室温升温至140℃后恒温保温6h，将反应后的固液混合物过滤分离。收集滤液用来回收磷钨酸。用去离子水和乙醇清洗微晶纤维素，再次过滤，将清洗后的微晶纤维素置于真空烘箱中，在60℃的条件下烘干6h。

实施例3

取1.25g废旧棉织物，将其剪成1×1cm大小的碎片，置于烧杯中，加入去离子水，用玻璃棒搅拌均匀。将装有棉织物混合液的烧杯置于超声波清洗机中震荡清洗30min。将清洗后的棉织物置于烧杯中，加入0.5g磷钨酸，然后倒入50ml去离子水，搅拌均匀后倒入反应釜中，密封反应釜，将反应釜置于马弗炉中加热保温。将温度从室温升温至140℃后恒温保温6h，将反应后的固液混合物过滤分离。收集滤液用来回收磷钨酸。用去离子水和乙醇清洗微晶纤维素，再次过滤，将清洗后的微晶纤维素置于真空烘箱中，在60℃的条件下烘干6h。

实施例4

取1.25g废旧棉织物，将其剪成1×1cm大小的碎片，置于烧杯中，加入去离子水，用玻璃棒搅拌均匀。将装有棉织物混合液的烧杯置于超声波清洗机中震荡清洗40min。将清洗后的棉织物置于烧杯中，加入0.7g磷钨酸，然后倒入50ml去离子水，搅拌均匀后倒入反应釜中，密封反应釜，将反应釜置于马弗炉中加热保温。将温度从室温升温至140℃后恒温保温6h，将反应后的固液混合物过滤分离。收集滤液用来回收磷钨酸。用去离子水和乙醇清洗微晶纤维素，再次过滤，将清洗后的微晶纤维素置于真空烘箱中，在60℃的条件下烘干6h。

实施例5

取1.25g废旧棉织物，将其剪成1×1cm大小的碎片，置于烧杯中，加入去离子水，用玻璃棒搅拌均匀。将装有棉织物混合液的烧杯置于超声波清洗机中震荡清洗30min。将清洗后的棉织物置于烧杯中，加入0.9g磷钨酸，然后倒入50ml去离子水，搅拌均匀后倒入反应釜中，密封反应釜，将反应釜置于马弗炉中加热保温。将温度从室温升温至140℃后恒温保温6h，将反应后的固液混合物过滤分离。收集滤液用来回收磷钨酸。用去离子水和乙醇清洗微晶纤维素，再次过滤，将清洗后的微晶纤维素置于真空烘箱中，在60℃的条件下烘干6h。

由图1可知，本发明制备的微晶纤维素和商品微晶纤维素在3300、2900、2853、1650、1428、1383、1064和894cm^-1处具有相同的特征峰，说明本发明制备的微晶纤维素和商品微晶纤维素具有相同的化学结构。

由图2可知，本发明制备的微晶纤维素和商品微晶纤维素在2θ＝14.8°，16.5°，22.8°和34.5°处均出现特征衍射峰，说明本发明制备的微晶纤维素和商品微晶纤维素具有相同的晶体结构。此外，本发明制备的微晶纤维素的002衍射峰明显比商品微晶纤维素更高更尖锐，说明本发明制备的微晶纤维素的结晶度更高。

由图3可知，本发明制备的微晶纤维素和商品微晶纤维素具有相似的失重曲线，说明他们的热稳定性能接近。本发明制备的微晶纤维素的热稳定性良好。

由图4可知，本发明制备的微晶纤维素的粒径比商品微晶纤维素的粒径更小，结合图5可进一步直观反映本发明制备的微晶纤维素的粒径分布区间整体小于商品微晶纤维素。

由图6可知，本发明制备的微晶纤维素和商品微晶纤维素的接触角极为相似，接触角测量值分别为54.12°和43.5°。说明本发明制备的微晶纤维素的亲水性良好。

各实施例制备的微晶纤维素的产率和结晶度如表1：

表1：

从表1中可以看出，本发明制备的微晶纤维素的产率和结晶度均随着磷钨酸用量的增加呈现出先增加后减小的变化趋势，本发明所制备的微晶纤维素产率高达83.4％，结晶度达85.2％，

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。