[发明专利]一种无机熔盐-微酸共促进体系制备纤维素纳米晶体的方法

说明书

本发明公开了一种无机熔盐‑微酸共促进体系制备纤维素纳米晶体的方法：将含纤维素的原料加入无机熔盐‑微酸共促进体系中，升温至50℃‑130℃，持续搅拌0.5‑72小时，得到均一体系，然后经过脱盐透析，得到纤维素纳米晶体水溶液，经冷冻干燥后得到纤维素纳米晶体，脱盐透析脱出的无机熔盐继续回用。本发明的优点在于无机熔盐‑微酸共促进体系具有环境友好、价格便宜、易于制备、甲酸用量少、无机熔盐可回收重复利用等优点。反应条件相对温和，对设备腐蚀小，且操作简便、产品得率高。制得的纤维素纳米晶体得率较高，呈短棒状结构，具有优异的机械强度，在纳米复合材料等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纤维素技术领域，具体涉及一种利用无机熔盐-微酸共促进体系制备纤维素纳米晶体的方法。

背景技术

纤维素是地球上最丰富的可再生自然资源，年产量约1800亿吨。近年来，从各种纤维素原料中提取纳米纤维素已成为国内外的研究热点。纤维素纳米晶体(CNC)是通过化学或机械方法将纤维素原料分解为具有纳米尺寸结构的产物，得到的纤维素纳米晶体不仅具有天然纤维素的固有特性，还具有低密度、高比表面积、高长宽比、可生物降解性、高强度等优异的特性。因此，纤维素纳米晶体在生物医药、包装、印刷、食品工业等领域均具有广阔的应用前景。

纤维素纳米晶体的制备工艺主要包括酸水解法、离子液体法、低共熔溶剂法和机械法。其中，酸水解法是目前制备纤维素纳米晶体最普遍的方法，酸水解法制备得到的CNC悬浮液具有较高的稳定性，但反应过程不易控制，且对设备的腐蚀较大，后续处理中易产生大量废酸和杂质，对环境污染较大。另外，离子液体法是通过破坏纤维素分子间氢键制得CNC，虽然离子液体的溶解能力高，但其成本较高且自身不易降解，制约了其工业化推广。低共熔溶剂作为一类新型的绿色溶剂，主要有季铵盐类、胆碱类等，具有蒸汽压低、无毒性、可生物降解、强溶解性等独特的物理化学性质，由该溶剂制备的CNC具有得率高、粒径较小且均一的特点，但季铵盐类低共熔溶剂在强碱和加热的条件下，易发生霍夫曼消除反应，产生大量副产物；而胆碱类低共熔溶剂对金属氧化物具有一定溶解性，易造成反应设备腐蚀，目前仍处于探索阶段。而机械法通常是通过对纤维素原料进行高压剪切处理，使纤维之间氢键断裂，经多次循环处理后得到纤维素纳米晶体，通常采用高压均质法、球磨法、超声粉碎法，但均有耗能高、制得的CNC易团聚等缺点，不利于工业化。由此，随着CNC工业进程的不断推进，开发一种无毒、少酸甚至无酸环保可循环体系制备CNC已成为一种必然的趋势。

发明内容

本发明以期解决纤维素纳米晶体(CNC)制备过程中强酸引起的诸多设备腐蚀、制备和环保成本高的问题，以加快CNC工业化生产进程。采用无机熔盐-微酸共促进体系制备CNC，不仅可以避免目前CNC制备过程强酸腐蚀设备问题，还可以实现体系多次循环利用，降低酸性无水处理难度。

本发明的目的是提供了一种无机熔盐-微酸共促进体系制备纤维素纳米晶体的方法，通过无机熔盐-微酸共促进体系使纤维素无定形区发生解离后制得纤维素纳米晶体，所制得的纤维素纳米晶体具有得率高、结晶度高、粒径小且尺寸分布均匀等特点。

本发明的技术方案如下：

一种无机熔盐-微酸共促进体系制备纤维素纳米晶体的方法，所述方法包括步骤：将含纤维素的原料加入到无机熔盐-微酸共促进体系中，升温至50℃-130℃，持续搅拌0.5-72小时，得到均一体系，然后经过脱盐透析，得到纤维素纳米晶体水溶液，经冷冻干燥后得到纤维素纳米晶体；

所述含纤维素的原料与无机熔盐-微酸共促进体系的固液质量比为1:10-1:1000。

优选的，所述无机熔盐-微酸共促进体系的制备方法为：将无机熔盐水合物溶于水中，得到无机熔盐水溶液，然后将微量的酸加入上述无机熔盐水溶液中，得到无机熔盐-微酸共促进体系。