一種利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法，該方法以蒜皮為原料，步驟如下：1）碳酸鈉溶液中浸漬溶脹；2）堿液蒸煮脫膠；3）多糖提??；4）漂白處理；5）砂磨處理；6）酸化水解；7）洗滌透析/冷凍干燥等過程。蒜皮原料經(jīng)組分分離及轉(zhuǎn)化后，制成具有一定濃度的納米纖維素分散液，分散液經(jīng)過冷凍干燥去除水份后制得納米纖維素晶須。本發(fā)明制得的納米纖維素晶須呈針狀，呈良好的分散性，并且長徑比很高，直徑為20nm~30nm，長度為300nm~2μm。本發(fā)明以蒜皮為原料，去除果膠等雜質(zhì)成分，制得的納米纖維素晶須經(jīng)功能化復(fù)合后在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、生物學(xué)及半導(dǎo)體等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。
【專利說明】一種利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米纖維素的制備方法，特別是一種利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，天然氣、煤、石油等不可再生能源都面臨緊缺。伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源的巨大需求正在對世界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的影響。在出口增長的同時，高耗能高污染的發(fā)展模式也日益成為人們擔(dān)憂的主題。為了解決這個問題，必須要加大新能源的開發(fā)和使用力度，這樣才能在滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展前提下，更好的進(jìn)行環(huán)境保護(hù)。
[0003]纖維素是自然界中最豐富的天然高分子聚合物之一，是植物纖維原料主要的化學(xué)成分，也是用于紙漿和造紙最主要、最基本的組分，作為自然界生物儲量最大、生物相容性卓越、前景極好的可再生資源，具有很大的應(yīng)用潛力。納米纖維素是直徑小于100 nm的超微細(xì)纖維，也是纖維素的最小物理結(jié)構(gòu)單元，納米纖維素具有許多優(yōu)良特性，如高結(jié)晶度、高純度、高楊氏模量、高強(qiáng)度、高親水性、超精細(xì)結(jié)構(gòu)和高透明性等，能明顯改變材料的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、流變 性能、絕緣性和超導(dǎo)性，并且具有天然纖維素輕質(zhì)、可降解、生物相容及可再生等特性，其在造紙、建筑、汽車、食品、化妝品、電子產(chǎn)品、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用前景。
[0004]我國的大蒜產(chǎn)量很高，常年的種植面積為20.0-26.7萬公頃，產(chǎn)量為400萬噸，居世界首位，約占世界總產(chǎn)量的1/4。日常生活中蒜皮一般以生活垃圾或進(jìn)行焚燒的形式處理，無法做到資源的再利用，同時也一定程度地加劇了溫室效應(yīng)的影響。蒜皮的主要成分為果膠和纖維素。與從木質(zhì)纖維、秸桿等物質(zhì)提取纖維素相比而言，利用蒜皮提取纖維素避免了脫木素的過程，這不僅節(jié)省了反應(yīng)原料，也在一定程度上也減少了污染所帶來的環(huán)境影響。
[0005]目前制備納米纖維素的方法中還沒有利用蒜皮直接制備的，而且現(xiàn)有技術(shù)在針對這種膠質(zhì)含量多的植物纖維的分離存在難以攻克的難題，且制備長徑比高的納米纖維素多由人工培養(yǎng)的醋酸桿菌纖維制得，工藝繁瑣，耗時耗力，限制了高長徑比納米纖維素晶須的復(fù)合應(yīng)用和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種利用蒜皮制備納米纖維素的方法。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種利用蒜皮制備納米纖維素的方法，其特征在于該方法的具體步驟為:
a.高壓溶脹:將f 5 g蒜皮置入高壓釜中，加入5(T300 g質(zhì)量百分比濃度為2~4 wt%的Na2CO3水溶液，將高壓釜置于溫度為100-120 1:的烘箱中120 min，過濾取濾渣洗滌抽干至中性；b.蒸煮脫膠:將步驟a所得濾渣加入5(Tl50g質(zhì)量百分比濃度為2~5 wt%的NaOH水溶液除膠，在溫度為11(T125 °C的油浴中蒸煮2~4 h，過濾取濾渣洗滌抽干至中性；
c.多糖提取:將步驟b所得濾渣采用300~500mL質(zhì)量百分比濃度為2wt% H2SO4溶液在90 °C下攪拌2~3h去除酸溶性多糖和多酚類有機(jī)物，過濾取濾渣洗滌抽干至中性；
d.漂白處理:將步驟c所得濾渣進(jìn)行漂白處理，經(jīng)H2O2和NaClO2溶液依次漂白一段時間后，過濾取濾渣洗滌抽干至中性；
e.砂磨處理:將步驟d所得濾渣加入砂磨罐中，高轉(zhuǎn)速下濕磨后再超聲分散廣2h，所得分散液于真空烘箱中真空干燥；
f.酸化水解:將步驟e所得樣品加入質(zhì)量百分比濃度為45飛Owt%硫酸，酸和樣品的質(zhì)量比為9~10，在溫度為45飛5 °C下水解2~8 h，然后加入大量去離子水稀釋以終止反應(yīng)；
g.洗滌透析/冷凍干燥:將步驟f所得水解產(chǎn)物用去離子水離心洗滌，采用透析膜透析至中性，懸浮液水浴中超聲30min，過濾去除聚集物；將得到的納米纖維素晶須膠體溶液液氮冷凍，在冷凍干燥機(jī)中除水可制得納米纖維素晶須。
[0008]上述的漂白處理過程:將提取多糖的產(chǎn)物加入400 mL質(zhì)量百分比為5wt% H2O2溶液中，用NaOH調(diào)pH值到11.5，油浴45°C攪拌反應(yīng)5~8 h，然后冷卻至室溫，再采用300 mL質(zhì)量百分比為1.4wt%酸化NaClO2溶液繼續(xù)漂白，用CH3COOH調(diào)pH至3.0-4.0，在溫度70~90 °C條件下漂白2~4 h。
[0009]上述的砂磨處理?xiàng)l件:砂磨機(jī)中加入經(jīng)步驟d處理的樣品5 g，水200 mL，直徑為3 μ m的鋯珠質(zhì)量60(T800g，在200(T3500r/min的轉(zhuǎn)速下砂磨I~2 h。
[0010]本發(fā)明蒜皮納米纖維素的制備方法有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)利用本發(fā)明方法可以合理高效利用生活垃圾蒜皮，避免對生態(tài)環(huán)境的影響和危害的同時，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益；
(2)利用本發(fā)明方法制得的納米纖維素晶須成針狀，直徑20nnT30nm，長度300ηm~2 μ m,長徑比高，比表面積大，具有機(jī)械性能高、生物相容性好、復(fù)合活性高的優(yōu)點(diǎn)；
(3)解決了現(xiàn)有技術(shù)難以利用植物制備高長徑比、高機(jī)械強(qiáng)度納米纖維素晶須的問
題；
(4)工藝簡單、易于實(shí)施，能量消耗少、生產(chǎn)成本低，制備過程中不產(chǎn)生對環(huán)境有害副產(chǎn)物，產(chǎn)率較高；
(5)所得納米纖維素晶須可均勻分散于水、乙醇等多種溶劑，經(jīng)功能化復(fù)合在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、生物學(xué)及半導(dǎo)體等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是具體實(shí)施例一制備的蒜皮納米纖維素的透射電子顯微鏡照片；
圖2是具體實(shí)施例二制備的蒜皮納米纖維素的透射電子顯微鏡照片；
圖3是具體實(shí)施例三制備的蒜皮納米纖維素的透射電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
實(shí)施例一:具體步驟如下:(I)高壓溶脹:將2g蒜皮置入高壓釜中，加入100g質(zhì)量百分比濃度為2wt%的Na2CO3水溶液，將高壓釜置于溫度為120 1:的烘箱中120 min，將混合物抽濾/洗滌；(2)蒸煮脫膠:將經(jīng)溶脹抽濾的產(chǎn)物置入反應(yīng)容器中，加入100g質(zhì)量百分比濃度為4 wt%的NaOH水溶液，在溫度為120 °C油浴中反應(yīng)4 h，將混合物抽濾/洗滌；(3)多糖提取:將脫膠的產(chǎn)物纖維置入400 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的H2SO4A溶液中，在溫度為90 1:油浴中攪拌反應(yīng)2 h，再次抽濾/洗滌；(4)漂白處理:將已提取多糖的產(chǎn)物加入400 mL 5wt% H2O2溶液中，用NaOH調(diào)pH值到11.5，油浴45 1:攪拌反應(yīng)6 h，然后冷卻至室溫，采用300 mL 1.4wt%酸化NaClO2溶液繼續(xù)漂白，用CH3COOH調(diào)pH至3.0-4.0，油浴80 °〇攪拌漂白2 h ;(5)砂磨處理:將漂白后的產(chǎn)物置于砂磨機(jī)中，加入水200 mL，直徑為3μπι的鋯珠質(zhì)量60(T800g，在2500 r/min的轉(zhuǎn)速下砂磨I h，所得產(chǎn)物置于真空烘箱中真空干燥；(6)酸化水解:將真空干燥得到的樣品加入質(zhì)量百分比濃度為50 wt%硫酸，酸和樣品的質(zhì)量比為10，在溫度為50 °C的油浴水解5 h ; (7)洗滌透析/冷凍干燥:將所得水解產(chǎn)物用去離子水離心洗滌，采用透析膜透析至中性，懸浮液水浴中超聲30min，過濾去除聚集物。將得到的納米纖維素膠體溶液液氮冷凍，在冷凍干燥機(jī)中除水可制得納米纖維素。
[0013]本實(shí)施方 式制備的蒜皮納米纖維素晶須的透射電子顯微鏡照片如圖1所示，從圖可以看出，蒜皮納米纖維素晶須呈針狀，直徑為20 ηml30 nm,長度為300 ηml2 μ m。
[0014]實(shí)施例二:具體步驟如下:
(I)蒸煮篩選:將4 g蒜皮置入高壓釜中，加入200 g質(zhì)量百分比濃度為2被％的Na2CO3水溶液，將高壓釜置于溫度為120 1:的烘箱中120 min，將混合物抽濾/洗滌；(2)蒸煮脫膠:將經(jīng)溶脹抽濾的產(chǎn)物置入反應(yīng)容器中，加入200g質(zhì)量百分比濃度為5 wt%的NaOH水溶液，在溫度為120 °C油浴中反應(yīng)4 h，將混合物抽濾/洗滌；(3)多糖提取:將脫膠的產(chǎn)物纖維置入600 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的H2SO4A溶液中，在溫度為90 1:油浴中攪拌反應(yīng)2h，再次抽濾/洗滌；(4)漂白處理:將已提取多糖的產(chǎn)物加入400 mL 5wt% H2O2溶液中，用NaOH調(diào)pH值到11.5，油浴45 1:攪拌反應(yīng)6 h，然后冷卻至室溫，采用300 mL 1.4wt%酸化NaClO2液繼續(xù)漂白，用CHfOOH調(diào)pH至3.0-4.0，油浴80 °C條件下漂白2 h;(5)砂磨處理:將漂白后的產(chǎn)物置于砂磨機(jī)中，加入水200 mL，直徑為3μπι的鋯珠質(zhì)量60(T800g，在2500 r/min的轉(zhuǎn)速下砂磨I h，所得產(chǎn)物置于真空干燥機(jī)中真空干燥；(6)酸化水解:將真空干燥得到的樣品加入質(zhì)量百分比濃度為50 wt%硫酸，酸和樣品的質(zhì)量比為10，在溫度為50 °C的油浴水解5 h ; (7)洗滌透析/冷凍干燥:將所得水解產(chǎn)物用去離子水離心洗滌，采用透析膜透析至中性，懸浮液水浴中超聲30min，過濾去除大片聚集物。將得到的納米纖維素膠體溶液液氮冷凍，在冷凍干燥機(jī)中除水可制得納米纖維素。
[0015]本實(shí)施方式制備的蒜皮納米纖維素晶須的透射電子顯微鏡照片如圖2所示，從圖中可以看出，蒜皮納米纖維素晶須呈針狀，直徑為20nnT30nm,長度為300ηml2 μ m。
[0016]實(shí)施例三:具體步驟如下:本實(shí)施例與實(shí)施例二基本相同，所不同的是:在硫酸溶液中攪拌水解8 h。
[0017]本實(shí)施方式制備的蒜皮納米纖維素的透射電子顯微鏡照片如圖3所示，由圖可以看出，蒜皮納米纖維素晶須呈針狀，直徑為20nnT30nm,長度為300ηml2 μ m。
[0018]熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易的對這些實(shí)施實(shí)例做出各種修改，并把在此說明的一般性原理應(yīng)用在其它應(yīng)用實(shí)例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施實(shí)例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法，其特征在于該方法的具體步驟為: a.高壓溶脹:將廣5g蒜皮置入高壓釜中，加入5(T300 g質(zhì)量百分比濃度為2~4 wt%的Na2CO3水溶液，將高壓釜置于溫度為100-120 1:的烘箱中120 min，過濾取濾渣洗滌抽干至中性； b.蒸煮脫膠:將步驟a所得濾渣加入5(Tl50g質(zhì)量百分比濃度為2~5 wt%的NaOH水溶液除膠，在溫度為11(T125 °C的油浴中蒸煮2~4 h，過濾取濾渣洗滌抽干至中性； c.多糖提取:將步驟b所得濾渣采用300~500mL質(zhì)量百分比濃度為2wt% H2SO4溶液在90 °C下攪拌2~3h去除酸溶性多糖和多酚類有機(jī)物，過濾取濾渣洗滌抽干至中性； d.漂白處理:將步驟c所得濾渣進(jìn)行漂白處理，經(jīng)H2O2和NaClO2溶液依次漂白一段時間后，過濾取濾渣洗滌抽干至中性； e.砂磨處理:將步驟d所得濾渣加入砂磨罐中，高轉(zhuǎn)速下濕磨后再超聲分散廣2h，所得分散液于真空烘箱中真空干燥； f.酸化水解:將步驟e所得樣品加入質(zhì)量百分比濃度為45飛Owt%硫酸，酸和樣品的質(zhì)量比為9~10，在溫度為45飛5 °C下水解2~8 h，然后加入大量去離子水稀釋以終止反應(yīng)； g.洗滌透析/冷凍干燥:將步驟f所得水解產(chǎn)物用去離子水離心洗滌，采用透析膜透析至中性，懸浮液水浴中超聲30min，過濾去除聚集物；將得到的納米纖維素晶須膠體溶液液氮冷凍，在冷凍干燥機(jī)中除水可制得納米纖維素晶須。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法，其特征在于所述漂白處理過程:400 mL質(zhì)量百分比濃度為5wt%的H2O2用NaOH調(diào)pH值到11.5，45°C攪拌5~8h，然后冷卻至室溫，采用300 mL質(zhì)量百分比濃度為1.4wt%酸化NaClO2溶液繼續(xù)漂白，用CH3COOH調(diào)pH至3.0 - 4.0，在溫度為70~90 °C條件下漂白2~4 h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒜皮制備納米纖維素晶須的方法，其特征在于砂磨處理?xiàng)l件:砂磨機(jī)中加入經(jīng)步驟d處理的樣品5 g，水200 mL,直徑為2~3 μ m的鋯珠60(T800g，在200(T3500r/min的轉(zhuǎn)速下砂磨I~2 h。
【文檔編號】D21C5/00GK103643577SQ201310610082
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】馮欣, 趙經(jīng)鵬, 施利毅, 孟祥浩, 苗苗, 張淑平 申請人:上海大學(xué)