一种低共熔溶剂水解纤维素制备纤维素纳米晶体的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112010985A(43)申请公布日2020.12.01(21)申请号202010650086.8(22)申请日2020.07.08(71)申请人天津科技大学地址300457天津市天津经济技术开发区第十三大街9号(72)发明人张筱仪解洪祥孙琳司传领陈佳宁王绪美(51)Int.Cl.C08B15/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种低共熔溶剂水解纤维素制备纤维素纳米晶体的方法(57)摘要本发明涉及一种低共熔溶剂水解纤维素制备纤维素纳米晶体的方法，属于天然高分子材料的制备领域。本发明涉及的纤维素纳米晶体是由40质量份的柠檬酸和40～50质量份的甜菜碱、5～10质量份的蒸馏水及5～10质量份的硫酸构成的酸性低共熔体系，催化水解1～10质量份的纤维素浆料制得，反应时间为2h～6h，反应温度为50℃～65℃。该反应条件温和，操作简单。实现利用酸性低共熔溶剂一步制备纤维素纳米晶体，有效提高低共熔体系制备纤维素纳米晶体的反应效率，改善了纤维素纳米晶体产品性质。制得的纤维素纳米晶体具有较好的热稳定性、较高结晶度，并且在水中分散稳定。CN112010985ACN112010985A权利要求书1/1页1.一种低共熔溶剂水解纤维素制备纤维素纳米晶体的方法，所述的制备方法包括下列步骤：(1)将40质量份的柠檬酸、40～50质量份的甜菜碱及5～10质量份的蒸馏水加入到0℃～30℃条件下的反应器中，然后升温至50℃～65℃，搅拌5min～10min，形成低共熔溶剂，然后向反应器中加入5～10质量份的浓硫酸，搅拌5min～10min，再加入1～10质量份纤维素浆料，继续在50℃～65℃条件下搅拌2h～6h；(2)向步骤(1)中的反应体系加入300～700质量份的60～90℃蒸馏水，然后趁热在6000r/min～10000r/min的转速下离心5min～10min，倾倒出上清液而保留沉淀部分，然后对所得沉淀用100～800质量份的蒸馏水分散，再在6000r/min～10000r/min的转速下离心5min～10min，重复此用蒸馏水离心洗涤过程3～6次，对洗涤后所得固体进行冷冻干燥或喷雾干燥，制得纤维素纳米晶体；所述的浓硫酸的质量分数为98％。2.根据权利要求1所述的一种低共熔溶剂水解纤维素制备纤维素纳米晶体的方法，其特征在于，所述的纤维素浆料为漂白木浆、棉浆、溶解浆中的一种。3.根据权利要求1所述的一种低共熔溶剂水解纤维素制备纤维素纳米晶体的方法，其特征在于，所述的搅拌为机械搅拌，搅拌速度为100r/min～300r/min。2CN112010985A说明书1/3页一种低共熔溶剂水解纤维素制备纤维素纳米晶体的方法技术领域[0001]本发明涉及天然高分子材料的制备领域，特别涉及一种低共熔溶剂水解纤维素制备纤维素纳米晶体的方法。背景技术[0002]纤维素作为一种在自然界广泛存在的天然高分子材料，具有生物降解性、化学修饰性、可再生性等特点。近年来，对纳米纤维素的研究使得纤维素的利用更加广泛和丰富。由于纤维素的结晶区和无定形区特殊结构的存在，使得纳米纤维素的制备和应用有了多样性的发展。[0003]纤维素纳米晶体(CNCs)具有生物降解性、高强度、低密度、高结晶度、高长宽比和独特的光学性能。此外，CNCs表面的多羟基结构更容易进一步修饰，可使其具有其他特殊性能。同时CNCs制备方式简单，可从木材、棉花、大麻、亚麻、亚麻、被膜(水生无脊椎动物)等生物资源中分离获得，也可以通过“自下而上”式的生物分子合成方式获得。因此，CNCs在生物医学应用、传感器、造纸、污水处理、包装印刷等领域展现出良好的应用前景。[0004]低共熔溶剂(DES)最早是于2001年由Abott等人制备出的由氢键供体和氢键受体混合而成的具有低熔点的混合物。DES的组成包括氢键供体和氢键受体，将两种或三种组分按照一定比列通过简单的加热即可得到澄清的溶剂(即DES)，具有强的溶解能力，不易挥发，沸点高而熔点低，低毒环保，被称为“绿色溶剂”。如今，DES已应用于生物乙醇生产的预处理、电解质、合成介质、电化学、DNA和RNA技术媒介、生物催化、纳米颗粒的合成、生物活性物质提取等领域。[0005]硫酸水解法是无机酸水解法中使用最普遍的方法。硫酸水解制备的CNCs具有与天然纤维素相同的纤维素-I型结晶结构，结构尺寸分布均一。所得CNCs通常以稳定悬浮液的形式存在，但是干燥后非常容易产生聚集。此外，硫酸水解过程中会引入磺酸酯，从而导致CNCs的热稳定性较差，影响其后续的加工应用。并且硫酸制备过程中存在腐蚀性强、废酸处理困难、污染严重等缺点。相比之下，有机酸水解反应条件较温和，腐蚀性小，可以同步实现对