[发明专利]中空、多空杂细胞的制备方法

说明书

本发明涉及一种中空、多空杂细胞的制备方法，包括以下步骤：(1)竹材、芦苇、稻草、麦草、甘蔗渣及其加工剩余物作为原料通过碱煮、漂白脱木质素和半纤维素，得到脱木质素原料；(2)对脱木质素原料进行冷冻‑解冻，得到湿原料，湿原料干燥至水含量小于等于10％，分离得到中空、多空杂细胞。本发明以富含薄壁细胞的原料制备中空、多空杂细胞，收率最高达12％，纯度达99％以上，基本无短纤维等杂质，能够实现植物的多组分全利用；制备得到的杂细胞具有空心，多孔结构，孔隙分布在1‑50nm，比表面积为10～150m²/g。

技术领域

本发明涉及一种薄壁细胞利用领域，尤其涉及一种薄壁细胞制备中空、多空杂细胞的方法。

背景技术

竹材、芦苇、稻草、麦草、甘蔗渣等非木浆原料在人造板、制造纸浆、竹纤维加工、竹炭加工等行业实现了工业化利用，但尚无薄壁细胞与维管束组织分离的成熟方法。薄壁细胞的细胞壁是多层结构，表面分布大量的纹孔(直径约为1μm)，薄壁细胞以长细胞为主，长为50-100μm，宽为40-50μm，其主要功能为储存营养物质。尽管很多植物的薄壁细胞含量占比达20-60％，但由于纤维素含量相对其他纤维细胞含量低，因此在纸浆造纸或纤维素制品中属于“干扰”物质而被基本扔弃，在生产加工过程中，多以废弃物或废水等形式排放到生产系统之外，造成资源浪费。

目前，已经有研究人员开始关注非木浆原料制浆造纸过程中薄壁细胞的浪费问题，通过多种不同方法分离得到薄壁细胞主要有以下两种：

(1)2015年Wang等人把竹子磨成小颗粒后，筛选出薄壁细胞，脱除木质素和纤维素后纯化的得到薄壁细胞(Industrial Crops and Products,2015,71,80-88)。

(2)2020年Zhang等人将毛竹磨成粉后，用30目和60目筛子过筛处理，再在去离子水中浸泡2分钟，利用密度的差异将浮在水面的薄壁细胞收集，并空气干燥，脱除木质素和纤维素后纯化的得到薄壁细胞(Materials,2020,13,237)。

以上方法需要把竹子破碎为小颗粒，导致大量薄壁细胞破裂，产率低，而且由于薄壁细胞和纤维细胞密度相近，导致样品中掺杂着大量的短纤维，同时，制备过程冗长而复杂、导致薄壁细胞干瘪严重。

发明内容

本发明的目的是针对薄壁细胞组分未能的到有效的资源化利用，为了开发薄壁细胞的新用途，提供一种薄壁细胞制备中空、多空杂细胞的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种中空、多空杂细胞的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料通过碱煮、漂白脱木质素和半纤维素，得到脱木质素原料；

(2)对脱木质素原料进行冷冻-解冻，得到湿原料，湿原料干燥至水含量小于等于10％，分离得到中空、多空杂细胞；

所述原料为竹材、芦苇、稻草、麦草和甘蔗渣中的一种或多种。

优选地，所述竹材为毛竹、慈竹、白夹竹、撑绿竹、刚竹、粉单竹、青竹、竹材加工剩余物及纸浆造纸剩余物中的一种或多种。

优选地，碱煮后的原料木质素含量小于等于30wt％；进一步优选地，所述脱木质素原料木质素含量为5～25wt％；更优选地，所述脱木质素原料木质素含量为5％～25％；半纤维素含量为8％～17％；纤维素含量为65％～79％；

优选地，所述碱煮处理包括：原料置于碱性溶液中，加热温度为70-160℃。

优选地，所述碱性溶液用碱量为5～30wt％，硫化度为15～30wt％。

优选地，所述碱性溶液包含氢氧化钠、氢氧化钾、亚硫酸钠、硫化钠、碳酸钠、硫酸钠和硫代硫酸钠中的至少一种；更优选地，所述碱性溶液包含氢氧化钠以及亚硫酸钠、硫化钠中的至少一种。