专利名称：一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法
技术领域：
本发明涉及一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，属于生物质基纳米新材料的制备与应用技术领域。
背景技术：
随着全球人口和经济规模的不断增长，能源紧缺和环境污染问题的日益加剧，使得人们更加关注纤维素这一取之不尽、用之不竭的可再生“绿色”资源。当纤维素具有纳米尺度时具有独特的性质强度约为碳纳米管的25%，比原料纤维素有指数级的增加；比表面积巨大，化学反应活性比原料纤维素大得多；产生一系列的纳米尺寸效应，在化学、物理 (热、光、电、磁等)性质方面表现出特异性等，使其在纳米精细化工、纳米医药、纳米食品、 纳米复合材料和新能源等领域具有更广阔的应用前景。目前国际上有关纳米纤维素研究的重点和难点主要有(1)高效制备、分离纳米纤维素晶体；( 纳米纤维素在高分子复合材料中的应用；( 纳米纤维素表面选择性化学改性；(4)新型纳米纤维素化学衍生物的合成。显然，如何高效、便捷地从天然纤维素中分离出纳米纤维素晶体无疑对纳米纤维素的后续研究起着至关重要的制约作用。尽管文献报道了不少NCC制备的成果，为纳米纤维素的分离制备研究做出了一定贡献，但现有的制备方法的许多不足之处，极大地阻碍了纳米纤维素商品化的步伐。因此，亟待研发出高效、 便捷的制备技术，能够低成本和低降解率地从天然生物质材料中分离出纳米纤维素晶体。 传统的化学方法制备纳米级纤维素晶体(NCC)需要用强酸水解，使其i3-l，4-D-葡萄糖苷键断裂，对反应设备要求高，回收和处理反应后的残留物困难；物理法制备纳米纤维素需要特殊的设备和使用高压，能耗较高，且制备的纳米纤维素粒径分布宽。可见，由于纳米纤维素现有制备方法的诸多局限，使得迄今没有纳米纤维素的商品化产品。因此，研发出简单、 绿色、低能耗、快速、高效地制备纳米纤维素的方法意义重大。近年来发展起来的脉冲激光轰击处于流动液相中固体靶技术(Pulsed Laser Ablation at the Interface of Target Submerged in Flowing Liquid, PLA-IT/SFL),因具有输出能量密度高、功率可调、操作简便、无污染等特点，且能获得具有某些新奇结构和性质的纳米材料而引起了人们的广泛关注。该法与其它制备方法不同的是，在PLA-IT/SFL 制备过程中，靶材的纳米化、化学反应和纳米颗粒表面修饰可以同时连续进行，在对纳米材料进行分子修饰、原位复合制备和功能化等方面具有明显优势。PLA作为新兴的制备技术， 是通过脉冲激光去实现“非热”条件的，即全体粒子(原子、离子或自由基)的物理和化学过程，如化学键的断裂和形成等。PLA制备方法具有实验设备简单，无污染，易操作，激光参数灵活可调，沉积速率高等特点，是一种新型节能、高效的纳米材料制备技术，其已取得的成就足以表明该技术具有广阔的工业应用前景。采用PLA-IT/SFL技术连续制备纳米纤维素溶胶迄今尚未见报道。因此，将PLA方法应用于纳米纤维素的制备，必将推动纤维素在新技术、新材料和新能源中的应用研究及相关学科的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，方法简便，易于控制，实现了连续合成离散稳定的纯净纳米纤维素溶胶。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
在氮气保护下，以无水乙醇或去离子水作为流动相，将激光器输出的532 nm脉冲激光束经聚焦后，轰击浸于连续流动液相中并不断相对移位的微晶纤维素靶，激光束焦点光斑直径约为广2 mm，流动相淹没靶片的液层厚度为2 3 mm，以15(T200 mj/脉冲的激光输出功率和广4 mL/min的流动相流速，持续照射2 6 h，制备出质量浓度为1 3 %的纳米纤维素溶胶。本发明的优点及创新点在于 1)本发明方法简便，易于控制。2)克服了传统化学法或物理法合成纳米纤维素的缺点，实现连续合成离散稳定的纯净纳米纤维素溶胶。3)本发明可连续制备纯净的纳米纤维素溶胶，不含保护剂、分散剂等有害杂质，无须提纯。溶胶流出反应器可直接应用，或进一步除去溶剂或进行原位聚合，获得纳米纤维素聚合物复合材料。
图1为本发明所得的纳米纤维素乙醇溶胶的高分辨率透射电镜(HRTEM)图。图2为本发明所得的纳米纤维素的电子衍射图。
具体实施例方式实施例1
(1)试剂与材料
微晶纤维素武汉鲜保生化技术有限公司生产，纤维素含量> 99. 0%。使用前用压片机将其压成直径约10 mm，厚2 mm的圆形靶片。无水乙醇为A.R.级，为国药集团化学试剂有限公司生产；使用前被重新蒸馏过。(2)仪器
北京镭宝光电技术有限公司生产的Nimma-600脉冲纳秒Nd YAG固体激光器，采用KTP 非线性倍频晶体实现波长532 nm激光束输出，脉宽8 ns，重复频率10 Hz0激光反应合成器为自行组装的脉冲激光轰击连续制备纳米溶胶装置。 (3)纳米纤维素溶胶的制备
在氮气保护下，以无水乙醇或去离子水作为流动相，将激光器输出的532 nm脉冲激光束经聚焦后，轰击浸于连续流动液相中并不断相对移位的微晶纤维素靶，激光束焦点光斑直径约为广2 mm，流动相淹没靶片的液层厚度为2 3 mm，以150 mj/脉冲的激光输出功率和2 mL/min的流动相流速，持续照射6 h，制备出浓度为1%的纳米纤维素溶胶。实施例2 (1)试剂与材料
微晶纤维素武汉鲜保生化技术有限公司生产，纤维素含量> 99. 0%。使用前用压片机将其压成直径约13mm，厚约3mm的圆形靶片。无水乙醇为A.R.级，为国药集团化学试剂有限公司生产；使用前被重新蒸馏过。(2)仪器
北京镭宝光电技术有限公司生产的Nimma-600脉冲纳秒Nd YAG固体激光器，采用KTP 非线性倍频晶体实现波长532 nm激光束输出，脉宽8 ns，重复频率10 Hz0激光反应合成器为自行组装的脉冲激光轰击连续制备纳米溶胶装置。(3)纳米纤维素溶胶的制备
在氮气保护下，以无水乙醇或去离子水作为流动相，将激光器输出的532 nm脉冲激光束经聚焦后，轰击浸于连续流动液相中并不断相对移位的微晶纤维素靶，激光束焦点光斑直径约为广2 mm，流动相淹没靶片的液层厚度为2 3 mm，以180 m J/脉冲的激光输出功率和3 mL/min的流动相流速，持续照射4h，制备出浓度为3%的纳米纤维素溶胶。实施例3 (1)试剂与材料
微晶纤维素武汉鲜保生化技术有限公司生产，纤维素含量> 99. 0%。使用前用压片机将其压成直径约15 mm，厚约4 mm的圆形靶片。无水乙醇为A.R.级，为国药集团化学试剂有限公司生产；使用前被重新蒸馏过。(2)仪器
北京镭宝光电技术有限公司生产的Nimma-600脉冲纳秒Nd YAG固体激光器，采用KTP 非线性倍频晶体实现波长532 nm激光束输出，脉宽8 ns，重复频率10 Hz0激光反应合成器为自行组装的脉冲激光轰击连续制备纳米溶胶装置。 (3)纳米纤维素溶胶的制备
在氮气保护下，以无水乙醇或去离子水作为流动相，将激光器输出的532 nm脉冲激光束经聚焦后，轰击浸于连续流动液相中并不断相对移位的微晶纤维素靶，激光束焦点光斑直径约为广2 mm，流动相淹没靶片的液层厚度为2 3 mm，以200 mj/脉冲的激光输出功率和4 mL/min的流动相流速，持续照射2 h，制备出浓度为洲的纳米纤维素溶胶。实施例4
用高分辨透射电镜(HRTEM)观测本发明制备的纳米纤维素。结果显示本发明制备的纳米纤维素呈尺寸较均一的纤维状形貌。实施例5
用电子衍射方法观察本发明制备的纳米纤维素。图2显示本发明制备的纳米纤维素呈现出较清晰的衍射斑点，表明产品具有较好的结晶性。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
1.一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，其特征在于其具体制备过程如下在氮气保护下，将激光器输出的532 nm脉冲激光束经聚焦后，轰击浸于连续流动液相中并不断相对移位的微晶纤维素靶，持续照射2 6h，即得纳米纤维素溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，其特征在于所述的流动相是无水乙醇或去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，其特征在于所述的微晶纤维素的纤维素含量> 99. 0%，使用前用压片机将其压成直径l(Tl5mm，厚2 4mm的圆形靶片。
4.根据权利要求1所述的一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，其特征在于所述的激光束焦点光斑直径约为广2 mm。
5.根据权利要求1所述的一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，其特征在于所述的流动相淹没靶片的液层厚度为2 3 mm。
6.根据权利要求1所述的一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，其特征在于所述的激光输出功率是150 200 m J/脉冲。
7.根据权利要求1所述的一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，其特征在于所述的流动相流速是广4mL/min。
8.根据权利要求1所述的一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，其特征在于所述的纳米纤维素溶胶的质量浓度是1 3%。
全文摘要
本发明公开了一种连续制备纳米纤维素溶胶的方法，其具体制备过程是在氮气保护下，以无水乙醇或去离子水作为流动相，将激光器输出的532nm脉冲激光束经聚焦后，轰击浸于连续流动液相中并不断相对移位的微晶纤维素靶，激光束焦点光斑直径约为1~2mm，流动相淹没靶片的液层厚度为2~3mm，以150~200mJ/脉冲的激光输出功率和1~4mL/min的流动相流速，持续照射2～6h，制备出质量浓度为1～3%的纳米纤维素溶胶。本发明方法简便，易于控制，实现了连续合成离散稳定的纯净纳米纤维素溶胶。
文档编号C08J3/11GK102382315SQ201110218018
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者陈卫群, 陈燕丹, 黄彪, 黄明堦 申请人:福建农林大学