[发明专利]一种秸秆纤维素纳米晶须的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及秸秆纤维素纳米晶须的制备方法，属于纺织材料技术领域。

背景技术

我国是农业大国，每年都会产生大量的农业废弃物，仅秸秆类废弃物就达到了7亿吨/年，经过技术处理后利用的仅为3％左右，其他大部分是被焚烧、甚至约有1.5亿吨秸秆是被露天焚烧，造成了极大的资源浪费和环境污染，因此亟需开发秸秆的新用途。

天然纤维素纳米晶须具有强度高、模量高、吸附性好、可降解等优点，广泛应用于生物医药、食品、纺织等领域。目前天然纤维素纳米晶须主要来源于木材、棉短绒、麻纤维等，而以秸秆为原料的还鲜见报道。秸秆中纤维素的含量大约为30％-45％，以其为原料制备天然纤维素纳米晶须，是提高其附加值的一种行之有效的应用方式。专利CN 102675475A公开了一种采用麻纤维制备纤维素纳米晶体的方法，但秸秆纤维相较于麻纤维来说纤维素含量低、结晶度低、强度低，该专利提供的方法并不适用于秸秆纤维。本发明首先对秸秆纤维进行提纯处理，再经机械粉碎后采用2，2，6，6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)进行氧化处理，针对秸秆纤维素含量低、结晶度低、强度低的特点提出一种有效的纤维素纳米晶须制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种秸秆纤维素纳米晶须的制备方法，解决秸秆纤维素含量低、结晶度低、强度低，现有方法无法制备纤维素纳米晶须的问题，开发秸秆纤维的高附加值应用方式。

为了达到上述目的，本发明提供了一种秸秆纤维素纳米晶须的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

第一步：预处理：将秸秆用水清洗干净并烘干到恒重，在20±2℃、65±3％的条件下置于100～200g/L NaOH溶液中，浴比为1∶20～1∶30，浸泡24～48h后取出洗净，烘干到恒重；

第二步：纤维素提纯处理：将预处理后的秸秆置于碱性溶剂体系中进行纤维素提纯处理，处理时间为1～3h、温度为100～120℃，浴比为1∶10～1∶20；处理完毕取出洗净，烘干到恒重；

第三步：机械粉碎：采用粉碎机粉碎经提纯处理后的秸秆纤维，过40-60目筛，得到秸秆纤维粉末；

第四步：DMSO处理：将秸秆纤维粉末浸泡于二甲基亚砜(DMSO)中，固液质量比为1∶30～1∶50，在50～60℃条件下以500～1000rpm转速搅拌4～6h，过滤，用蒸馏水清洗秸秆纤维粉末，烘干到恒重；

第五步：TEMPO氧化处理：将DMSO处理后的秸秆纤维粉末置于TEMPO氧化体系中，浴比为1∶30～1∶50，调节pH值为10.5～11；将所得的混合物置于搅拌器中，在2～6℃条件下以500～1000rpm转速搅拌4～10h，得到秸秆纤维粉末悬浮液；

第六步：离心处理：将秸秆纤维粉末悬浮液置于高速离心机中，以5000～8000rpm转速离心5～10min，去除上层清液，加蒸馏水后再次离心、去除上层清液，重复5～7次，直至悬浮液pH值至中性，得到秸秆纤维沉淀物；

第七步：分散处理：将秸秆纤维沉淀物置于蒸馏水中，固液比为1∶80～1∶120，在2～6℃温度下采用高速分散机，以12000～16000rpm转速分散5～10min，得到秸秆纤维素纳米晶须悬浮液；

第八步：冷冻干燥：将秸秆纤维素纳米晶须悬浮液置于-30～-20℃温度下冷冻10～30h，再置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理，冷阱温度为-60～-50℃，真空度为15～20Pa，处理时间为20～30h，得到秸秆纤维素纳米晶须。

所述第一步中的秸秆为植物性农作物废弃物，优选为水稻秸秆、小麦秸秆或油菜秸秆。

优选地，所述第一步、第二步、第四步中的烘干在真空烘箱中完成，烘干温度为50℃～60℃。

优选地，所述第二步中碱性溶剂体系为含有NaOH、Na₂SO₃和JFC的水溶液体系。

更优选地，所述的碱性溶剂体系的配比为NaOH浓度为15～25g/L、Na₂SO₃浓度为10～20g/L、JFC浓度为4～8g/L。

优选地，所述第五步中TEMPO氧化体系为含有TEMPO、NaClO和NaBr的水溶液体系。

更优选地，所述的TEMPO氧化体系水溶液的配比为：TEMPO浓度为0.01～0.02g/L，NaClO浓度为100～200g/L，NaBr浓度为0.1～0.2g/L。

本发明中所述的“恒重”是指前后两次称重的差值不大于0.2mg/g。