一種應(yīng)用離子液體催化水解制備納米纖維素的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用離子液體催化水解制備納米纖維素的方法，將紙漿加入到離子液體中，在超聲波作用下將溫度上升至50~70℃，反應(yīng)1~3h后，用液氮快速冷凍處理20min；然后緩慢融解，并將溫度上升到50~70℃；重復(fù)液氮快速冷凍-緩慢融解-升溫操作數(shù)次，從懸濁液中萃取出離子液體，剩余液高速離心純化，得到乳白色的纖維素膠體，經(jīng)真空冷凍干燥24h，即得納米纖維素粉末。本發(fā)明具有對設(shè)備腐蝕性小、對環(huán)境污染小、對纖維素降解損傷小，且納米纖維素得率高、離子液體可重復(fù)使用等優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)液體酸制備納米纖維素的缺點。
【專利說明】一種應(yīng)用離子液體催化水解制備納米纖維素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)纖維素領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用離子液體催化水解制備納米纖維素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維素是由D-吡喃葡萄糖環(huán)彼此以β -1, 4-糖苷鍵聯(lián)結(jié)而成的線形高分子，在自然界中蘊(yùn)藏豐富的可再生資源。其在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下，可使糖苷斷裂，聚合度下降，最后形成結(jié)晶度很高的納米纖維(nanocrystalline cellulose,簡稱NCC)。NCC具有巨大的比表面積和表面原子數(shù)及特殊的表面效應(yīng)，且仍然具有纖維素的晶型和性質(zhì)。目前NCC已被用作藥物載體、納米增強(qiáng)劑、涂料增稠劑、分散劑、藥物賦形劑、食品添加劑、化妝品基質(zhì)、膜濾器等。
[0003]目前制備NCC的常規(guī)技術(shù)一般都要涉及到酸處理過程或堿處理過程，其制備過程對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，對環(huán)境污染大。因此，尋找一種環(huán)境友好的在溫和條件下制備NCC的方法成為納米纖維素生產(chǎn)過程中必須解決的難題。美國、日本、英國等國家在該領(lǐng)域投入大量的人力和物力。
[0004]離子液體是完全由陰、陽離子組成的液體，與傳統(tǒng)的化學(xué)溶劑相比，離子液體具有蒸氣壓小、不揮發(fā)、不可燃、毒性小，可用于真空體系中；溶解性能好，對無機(jī)和有機(jī)材料表現(xiàn)出良好的溶解能力；易于與其它物質(zhì)分離，可以循環(huán)利用；電導(dǎo)率高、電勢窗大(可達(dá)到4V);熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，具有很寬的液態(tài)范圍(-96?300 V);可設(shè)計性強(qiáng)等。由于離子液體的優(yōu)異性能，使其在分離、催化、電化學(xué)、有機(jī)合成等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種應(yīng)用離子液體催化水解制備納米纖維素的方法，具有對設(shè)備腐蝕性小、對環(huán)境污染小、對纖維素降解損傷小，且納米纖維素得率高、離子液體可重復(fù)使用等優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)液體酸制備納米纖維素的缺點。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種應(yīng)用離子液體催化水解制備納米纖維素的方法包括以下步驟:
(1)稱取2?5g紙漿加入到5(Tl00ml離子液體(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，在超聲波作用下將溫度上升至5(T70°C，反應(yīng)l?3h后，用液氮快速冷凍處理20min ;然后緩慢融解，并將溫度上升到5(T70°C ；
(2)重復(fù)步驟(I)的液氮快速冷凍-緩慢融解-升溫操作2飛次后，從懸濁液中萃取出離子液體，剩余液高速離心純化，得到乳白色的纖維素膠體，經(jīng)真空冷凍干燥24h，即得納米纖維素粉末。
[0007]步驟(I)的超聲波功率為30(T500W。
[0008]本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:本發(fā)明具有對設(shè)備腐蝕性小、對環(huán)境污染小、對纖維素降解損傷小，納米纖維素得率高、長度、寬度分布比較集中，離子液體可重復(fù)使用等優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)液體酸制備納米纖維素對設(shè)備腐蝕性大、對環(huán)境污染大等缺點。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
稱取2g紙漿加入到50ml的離子液體氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑[Amim]Cl中，在功率為300W的超聲波作用下將溫度上升至70°C，并反應(yīng)Ih后，將用液氮快速冷凍處理20min ；然后緩慢融解，并將溫度上升到70°C。重復(fù)液氮快速冷凍-緩慢融解-升溫操作2次后，將從懸濁液中萃取出離子液體，將剩余液進(jìn)一步高速離心純化，得到乳白色的纖維素膠體經(jīng)真空冷凍干燥24h，即制得納米纖維素粉末。
[0010]利用法國Techpap公司生產(chǎn)的Morfi Compact纖維形態(tài)分析儀分析纖維素的形態(tài)結(jié)構(gòu)。測得該納米纖維素的平均長度589 nm;平均寬度46 nm ;長度主要分布在45(T750nm，長度 55(T650nm 占 93.2%。
[0011]實施例2
稱取5g紙漿加入到IOOml的離子液體溴化1-辛基-3-甲基咪唑[0mim]Br中，在功率為500W的超聲波作用下將溫度上升至50°C，并反應(yīng)3h后，將用液氮快速冷凍處理20min ；然后緩慢融解，并將溫度上升到50°C。重復(fù)液氮快速冷凍-緩慢融解-升溫操作5次后，將從懸濁液中萃取出離子液體，將剩余液進(jìn)一步高速離心純化，得到乳白色的纖維素膠體經(jīng)真空冷凍干燥24h，即制得納米纖維素粉末。
[0012]利用法國Techpap公司生產(chǎn)的Morfi Compact纖維形態(tài)分析儀分析纖維素的形態(tài)結(jié)構(gòu)。測得該納米纖維素的平均長度381 nm;平均寬度32 nm ;長度主要分布在30(T450nm，長度 35(T400nm 占 90.8%。
[0013]實施例3
稱取3g的紙漿加入到80ml的氯化1- 丁基-3-甲基咪唑[Bmim]Cl中，在功率為400W的超聲波作用下將溫度上升至60°C，并反應(yīng)2h后，將用液氮快速冷凍處理20min ;然后緩慢融解，并將溫度上升到60°C。重復(fù)液氮快速冷凍-緩慢融解-升溫操作4次后，將從懸濁液中萃取出離子液體，將剩余液進(jìn)一步高速離心純化，得到乳白色的纖維素膠體經(jīng)真空冷凍干燥24h，即制得納米纖維素粉末。
[0014]利用法國Techpap公司生產(chǎn)的Morfi Compact纖維形態(tài)分析儀分析纖維素的形態(tài)結(jié)構(gòu)。測得該納米纖維素的平均長度508 nm;平均寬度39 nm ;長度主要分布在40(T650nm，長度 450?550nm 占 94.3%。
[0015]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用離子液體催化水解制備納米纖維素的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)稱取疒5g紙漿加入到5(Tl00ml離子液體中，在超聲波作用下將溫度上升至50^70 °C,反應(yīng)l~3h后，用液氮快速冷凍處理20min ;然后緩慢融解，并將溫度上升到50^70 0C ； (2)重復(fù)步驟(I)的液氮快速冷凍-緩慢融解-升溫操作2飛次后，從懸濁液中萃取出離子液體，剩余液高速離心純化，得到乳白色的纖維素膠體，經(jīng)真空冷凍干燥24h，即得納米纖維素粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用離子液體催化水解制備納米纖維素的方法，其特征在于:步驟(I)的超聲波功率為30(T500W。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用離子液體催化水解制備納米纖維素的方法，其特征在于:步驟(I)所述的離子液體 為氯化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-甲基咪唑中的一種。
【文檔編號】D21C5/00GK103469662SQ201310433104
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】陳孝云, 陸東芳, 陳星 , 常鼎偉, 高驍敏 申請人:福建農(nóng)林大學(xué)