[发明专利]一种芦苇茎纤维素纳米丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，且特别涉及一种芦苇茎纤维素纳米丝及其制备方法。

背景技术

能源危机和资源短缺是目前全球面临的一个严峻的问题，如何对资源进行充分利用则是人类面临的一个重要挑战。木质纤维素资源是地球上最丰富的可再生资源，可为人类提供生产、能源与材料的基本原料。我国是一个木材资源相对贫乏，但非木材资源(农业秸秆、竹材、芦苇、蔗渣)却十分丰富的国家。芦苇为禾本科多年生草本植物，是形态上高度分化的草甸和湿地植被建群种，广泛分布于世界各地。据统计，我国每年在湖区种植生产的芦苇约300万吨，一直被用于造纸产业的主要原料，但自21世纪以来，随着国家对环境保护的高度关注，造纸企业以进口废纸浆和木浆对苇浆进行替换，大量的芦苇被废弃或仅作为干柴进行燃烧，造成了极大的浪费。因此，研究芦苇深加工技术，提高芦苇的经济价值，具有重大的社会现实意义和经济效益。

纤维素纳米丝作为一种拥有纳米尺度的天然材料，广泛存在于木质纤维中，其直径一般在100nm以下，长度从100nm到几微米不等，具有优异的刚性强度和杨氏模量。另外，纳米纤维素纤丝还具有高比表面积、高长径比，可作为纳米复合材料增强相，兼之其具有轻质、生物相容性及可降解性，具有十分广阔的应用前景，同时，其在纳米复合材料、人造皮肤、生物传感器等先进功能材料领域存在较大的潜在应用空间。

发明人对芦苇进行分析后发现，芦苇茎中的纤维素含量为45％左右，纤维的平均长度为1.12mm，长径比可达到120，可以通过物理、化学方法制备成具有优异性能的纤维素纳米纤丝。目前尚未有关于采用芦苇茎制备纤维素纳米纤丝的研究与报道，尚属于一个全新的课题。通过研究对芦苇茎的资源化利用，制备高附加值可再生纳米新材料，对切实提高我国芦苇种植人员经济收入和高值化利用芦苇，走可持续绿色发展经济，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芦苇茎纤维素纳米丝的制备方法，此方法以芦苇茎为原料，制备得到纤维素纳米丝，制备工艺简单，易于实施，适用于工业大规模化生产，为高质化利用芦苇提供了新的技术途径。

本发明的另一目的在于提供一种芦苇茎纤维素纳米丝，此纤维素纳米丝具有高长径比、大比表面积、强杨氏模量、高反应活性等特性，其机械性能好，生物可降解、易于复合。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种芦苇茎纤维素纳米丝的制备方法，包括以下步骤：

预处理：芦苇茎经水解处理后干燥得到芦苇茎预处理物。

碱液处理：芦苇茎预处理物经碱性溶液处理去除木素得到芦苇茎综纤维素。

漂白处理：芦苇茎综纤维素经漂白剂处理去除残余木素和半纤维素得到芦苇茎纤维素。

氧化处理：芦苇茎纤维素经TEMPO/NaBr/NaClO体系氧化处理得到芦苇茎氧化纤维素。

均质处理：芦苇茎氧化纤维素经过微射流纳米均质处理得到芦苇茎纤维素纳米丝。

本发明提出一种芦苇茎纤维素纳米丝，其根据上述方法制备得到。

本发明实施例的芦苇茎纤维素纳米丝及其制备方法的有益效果是：

选取被作为废弃资源的芦苇作为加工材料，芦苇作为一种可再生资源，原料来源丰富，成本低廉。既能够实现制备成本的控制，又能对实现对芦苇茎的资源化利用，对切实提高我国芦苇种植人员经济收入和高值化利用芦苇，走可持续绿色发展经济，具有重要的现实意义。

芦苇茎经过水解预处理、碱液处理、漂白处理后分离得到芦苇茎纤维素。然后，采用TEMPO/NaClO/NaBr氧化体系在芦苇纤维上引入大量的羧基，再进一步经过均质处理，最终制得高长径比的纤维素纳米丝。生产工艺简单、易于实施，适用于工业大规模化生产，很好地提高芦苇的综合利用价值。

制备得到的芦苇纤维素纳米丝，具有高长径比、大比表面积、强杨氏模量以及高反应活性，其机械性能好、生物可降解、易于复合，可广泛应用于光学、电学和生物医学等领域，特别是制备得到的纤维素纳米丝的长径比较大，非常适合于聚合物加工领域。当高长径比的芦苇纤维素纳米丝作为增强剂加入到聚合物(PLA，PVA，PBS)中成型时，复合材料内部分子结合更加稳固，当复合材料受力时，施加的应力能迅速的在材料上充分的传递，对提升复合材料的物理性能具有明显的意义。

附图说明