一種納米纖維素的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物質(zhì)納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種納米纖維素的制備方法。 技術(shù)背景
[0002] 作為一種新型的納米生物材料，納米纖維素日益受到各界的廣泛關(guān)注。納米纖 維素被定義為至少一維尺寸達(dá)到1~l〇〇nm，并可以在水中分散形成穩(wěn)定懸浮液的纖維 素晶體。常見的納米纖維素主要分為植物來源的納米纖維素和非植物來源的納米纖維 素。無機(jī)酸水解纖維素是獲得納米纖維素的重要途徑。無機(jī)酸水解可將纖維素的無定 形區(qū)除去，在減小微晶纖維素尺寸的同時，得到高結(jié)晶度的納米纖維素。納米纖維素制 備過程中所用的無機(jī)酸有硫酸、鹽酸、磷酸等。其中硫酸最為常用，也有人將硫酸和鹽酸 以一定比例配合使用。1947 年Nickerson和Habrle在文獻(xiàn)IndEngChemRes, 39 (11) (1947)，pp. 1507 - 1512中以木材為原料，采用鹽酸和硫酸混合水解的方法，制備出納米纖 維素膠體懸浮液。Bondeson等在文獻(xiàn)Cellulose, 2006, 13 (2) : 171-180中介紹了 一種用 酸水解挪威云杉木衆(zhòng)，制備出穩(wěn)定的納米纖維素懸浮液的方法。Gray在Biomacromolecul es，2005, 6(2) : 1048-1054 以及Cellulose, 2006, 938:26-32 等文獻(xiàn)中詳細(xì)介紹了硫酸酸解 棉花、木漿等原料獲得不同特性的納米纖維素的方法。
[0003] 但是目前已報(bào)道的無機(jī)酸解法制備納米纖維素的方法，祛除納米纖維素懸浮液中 殘留酸的過程，存在不同的問題，而殘留酸的存在會對制備的納米纖維素的性能產(chǎn)生重要 影響。比如納米纖維素中磺酸基的存在，會降低納米纖維素的熱穩(wěn)定性。通常方法是對制 備得到的納米纖維素懸浮液進(jìn)行反復(fù)的低溫離心洗滌。南京林業(yè)大學(xué)在申請公布號為CN 103172886A的專利中，提供了這種方法的詳細(xì)步驟：酸解后的懸浮液，加水稀釋使水解反 應(yīng)停止。離心除去部分酸液，蒸餾水洗滌、離心反復(fù)數(shù)次，纖維素懸浮液裝至透析袋中透析， 至PH值達(dá)到中性，以除去剩余的酸液。這種處理方式需要的離心轉(zhuǎn)速很高，工作量大，耗時 長，能耗高。中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所在授權(quán)公告號為CN1141321C的專利中，提供了 一種用低濃度強(qiáng)堿（比如氫氧化鈉）中和酸的方法，該方法易操作，成本低。但是該法不能 除去納米纖維素中的酸根離子，并且引入了新的雜質(zhì)離子（比如鈉離子）。同時致使酸解 得到的納米纖維素I轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米纖維素II。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所在申 請公布號為CN104448007A的專利中，提供了一種用甲酸代替無機(jī)酸制備納米纖維素的方 法，該法解決了無機(jī)液體酸的去除和回收困難的問題。但是該法需要減壓蒸餾，能耗高，成 本高。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)有的去除無機(jī)酸解法制備納米纖維素過程中殘酸的方法，主要存在 無法徹底去除雜質(zhì)離子、步驟多、耗時多、能耗高等問題，所以急需一種對無機(jī)酸解法制備 納米纖維素的過程進(jìn)行優(yōu)化的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的方法無法徹底去除雜質(zhì)離子、步驟繁瑣且能耗高 的問題，而提供一種納米纖維素的制備方法。
[0006] 本發(fā)明提供一種納米纖維素的制備方法，該方法包括：
[0007] 步驟一：制備納米纖維素懸浮液；
[0008] 步驟二：將堿性陰離子交換樹脂放入離子交換裝置中，對堿性陰離子交換樹脂進(jìn) 行活性處理；
[0009] 步驟三：將步驟一得到的納米纖維素懸浮液從離子交換裝置上口傾入，納米纖維 素懸浮液流經(jīng)活性處理后的堿性陰離子交換樹脂，從離子交換裝置下面出口流出，得到處 理液I;
[0010] 步驟四：用去離子水沖洗離子交換裝置，得到處理液II;
[0011] 步驟五：將步驟三得到的處理液I和步驟四所得到的處理液II進(jìn)行離心，得到納 米纖維素沉淀，經(jīng)冷凍干燥后，得到納米纖維素。
[0012] 優(yōu)選的是，所述的步驟一制備納米纖維素懸浮液是將纖維素原料用無機(jī)酸進(jìn)行酸 解后得到的。
[0013] 優(yōu)選的是，所述的纖維素原料選自微晶纖維素、棉花、木材、竹材、秸桿、脫脂棉、木 漿、草漿、竹漿、木纖維或竹纖維等中的一種。
[0014] 優(yōu)選的是，所述的無機(jī)酸選自硫酸、鹽酸或硝酸中的一種或幾種。
[0015] 優(yōu)選的是，所述堿性陰離子離子交換樹脂為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂和弱堿性陰離 子交換樹脂。
[0016] 優(yōu)選的是，所述的離子交換裝置為分液漏斗。
[0017] 優(yōu)選的是，所述的活性處理后的堿性陰離子交換樹脂的用量為每毫升納米纖維素 懸浮液使用l-10g活性處理后的堿性陰離子交換樹脂。
[0018] 優(yōu)選的是，所述的對堿性陰離子交換樹脂進(jìn)行活性處理，具體步驟為：
[0019] 步驟1 :將堿性陰離子交換樹脂浸泡在去離子水中，攪拌3-60分鐘，然后填裝在離 子交換裝置中；
[0020] 步驟2 :將氯化鈉溶液倒入離子交換裝置中，使堿性陰離子交換樹脂浸泡在氯化 鈉溶液中，浸泡10-30小時后，放出液體，再用去離子水沖洗堿性陰離子交換樹脂2-4次；
[0021] 步驟3 :將鹽酸溶液倒入離子交換裝置中，使堿性陰離子交換樹脂浸泡在鹽酸溶 液中，靜置1-4小時后，放出液體，再用去離子水沖洗至中性；
[0022] 步驟4 :將氫氧化鈉溶液倒入離子交換裝置中，使堿性陰離子交換浸泡在氫氧化 鈉溶液中，靜置1-4小時后，放出液體，然后用去離子水、沖洗至中性；
[0023] 步驟5 :重復(fù)步驟3和步驟4, 2-4次，即得到活性堿性陰離子交換樹脂。
[0024] 本發(fā)明的有益效果
[0025] 本發(fā)明提供了一種納米纖維素的制備方法，該方法是利用堿性陰離子交換樹脂祛 除酸解法制備納米纖維素殘留酸的方法，該方法充分利用活性堿性陰離子交換樹脂對液體 中S042、Cl、N03等離子的吸附，以及在水中離解出0H，實(shí)現(xiàn)對酸解法制備的納米纖維素 懸浮液中殘留酸的祛除，并且堿性陰離子交換樹脂可以重復(fù)利用處理納米纖維素懸浮液。 與現(xiàn)有技術(shù)相對比，本發(fā)明方法采用簡單的堿性離子交換樹脂除去無機(jī)酸解法制備納米纖 維素懸浮液過程中殘留酸的方法，步驟簡單，減少了制備納米纖維素的時間，同時降低了能 耗，節(jié)省了成本，并且沒有引入雜質(zhì)離子，也沒有改變納米纖維素的尺寸和性質(zhì)。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米纖維素與傳統(tǒng)方法制備的納米纖維素的TCM圖 片。
[0027] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米纖維素與傳統(tǒng)方法制備的納米纖維素的紅外譜 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面將結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。目的在于使 本領(lǐng)域技術(shù)人員對本申請有更加清楚的理解和認(rèn)識。以下各具體實(shí)施例不應(yīng)在任何程度上 被理解或解釋為對本申請權(quán)利要求書請求保護(hù)范圍的限制。
[0029] 本發(fā)明提供一種納米纖維素的制備方法，該方法包括：
[0030] 步驟一：制備納米纖維素懸浮液；
[0031] 步驟二：將堿性陰離子交換樹脂放入離子交換裝置中，對堿性陰離子交換樹脂進(jìn) 行活性處理；
[0032] 步驟三：將步驟一得到的納米纖維素懸浮液從離子交換裝置上口傾入，納米纖維 素懸浮液流經(jīng)活性處理后的堿性陰離子交換樹脂，從離子交換裝置下面出口流出，得到處 理液I;
[0033] 步驟四：用去離子水沖洗離子交換裝置，得到處理液II;
[0034] 步驟五：將步驟三得到的處理液I和步驟四所得到的處理液II進(jìn)行離心，得到納 米纖維素沉淀，經(jīng)冷凍干燥后，得到納米纖維素。
[0035] 按照本發(fā)明，所述的制備納米纖維素懸浮液的方法是將纖維素原料用無機(jī)酸進(jìn)行 酸解后得到的，具體步