[发明专利]一种球形纳米纤维素及其绿色宏量制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种球形纳米纤维素及其绿色宏量制备方法与应用，将纤维素预处理后，加入到溶胀剂中进行润胀处理，然后在不除去润胀剂条件下，直接加入酶制剂同步酶解并润胀一定时间，接着离心或抽滤除去润胀剂、酶溶液、还原性糖等，最后经过高压均质或超声处理即得球形纳米纤维素。本发明制得的球形纤维素直径范围为5‑600nm，分散均匀。采用润胀和酶解同步作用，并结合高压均质或超声处理，制备过程简单，工艺绿色环保，得率高于75％，可大规模工业化绿色宏量制备。该球形纳米纤维素可作为多功能生物基乳化剂、增稠剂、稳定剂、保水剂、黏附剂、吸附剂、质构改良和流变学性质调控剂等用于食品、日化品、药品、涂料、墨水、轻纺等工业领域。

技术领域

本发明涉及纤维素技术领域，尤其涉及一种球形纳米纤维素及其绿色宏量制备方法与应用。

背景技术

随着化石能源的不断消耗，及对环境造成的污染，可降解可再生的生物质材料及其衍生产品受到越来越多的关注。纤维素是地球上最丰富的可再生资源，它是由β-1-4吡喃葡萄糖单元组成的线性多糖。纳米纤维素是其重要的衍生产物之一，具有良好的力学性能，质轻，比表面积大，热膨胀系数低等优点，在环境保护、生物医疗、能源储存等领域有着重要的应用前景。

纳米材料的形貌与性质密切相关，并且决定其用途。根据形貌来分，纳米纤维素可以分为棒状、丝状、球形、片状等。与最常见的棒状形貌纳米纤维素制备方法类似，球形纳米纤维素的常用制备方法有酸解法、机械法、TEMPO氧化法、离子液体及其组合法等。如通过酸解、超声和碱润涨(CN109678971A)，通过高温下混合酸(CN108299563A)，通过采用离子液体(CN102500339A)，以及通过将纤维素溶解、沉析和乳化来制备得到球形纳米纤维素(CN1470552A)。然而这些方法可能带来环境污染，还存在对设备要求高和制备成本高等缺点。酶解法(Valdeir A,Isabella K,et al.The current status of the enzyme-mediated isolation and functionalization of nanocelluloses:production,properties,techno-economics,and opportunities.Cellulose,2020:1-60)虽然可以在温和条件下实现绿色、低成本制备，但是现有的酶解法存在得率过低、制备过程复杂、难以工业化宏量制备等瓶颈问题(Xu J,Chen X.Preparation and characterization ofspherical cellulose nanocrystals with high purity by the compositeenzymolysis of pulp fibers.Bioresource Technology,2019,291:121842；CN108589372A)。

发明内容

为了克服一般酶解法的缺点，节约完全依靠机械作用制备所消耗的巨大能耗，本发明提供一种球形纳米纤维素及其绿色宏量制备方法与应用。

本发明采用将润胀和酶解同步作用于纤维素原料，并结合高压均质或超声处理来制备球形纳米纤维素，本发明的方法可以大幅提高纳米纤维素得率，并实现绿色大规模宏量生产。

将本发明所得的球形纳米纤维素作为多功能生物基乳化剂、增稠剂、稳定剂、保水剂、黏附剂、吸附剂、质构改良和流变学性质调控剂等用于食品、日化品、药品、涂料、墨水、轻纺等工业领域。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种球形纳米纤维素的绿色宏量制备方法，包括以下步骤：

(1)预处理：取绝干纤维素浆板，进行预处理，得到纤维素浆；

(2)润胀处理：取步骤(1)所得的纤维素浆，并加入溶胀剂，对纤维素浆进行润胀处理，得到含有润胀纤维素的溶液；

(3)酶解：直接往步骤(2)含有润胀纤维素的溶液中加入纤维素酶溶液，润胀和酶解同步作用；