[发明专利]一种木聚糖纳米晶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种以工业木聚糖为原料制备木聚糖纳米晶的方法，其特征在于，采用造纸企业溶解浆制备过程中产生的工业木聚糖为原料，通过高碘酸盐在碱性水溶液条件下，选择性对其非结晶区进行氧化降解，获得木聚糖纳米晶粉末，产率最高可达到40％。本发明原料易得，反应条件温和，制备得到的多糖纳米晶为刚性结晶纳米粒子，尺寸在20‑200nm之间，能有效稳定分散在水中，且具有良好的生物相容性和可降解性。

技术领域

本发明涉及一种木聚糖纳米晶及其制备方法，特别涉及一种无机碱选择性氧化降解技术。

背景技术

聚多糖纳米晶是指从动植物中提取的具有高度结晶性的刚性纳米粒子，与无机纳米粒子相比，这些从自然界中获取的聚多糖纳米晶具有生物可降解性、生物相容、可控结构和形貌和高比表面积等特点和优势。目前，聚多糖纳米晶的原料主要为纤维素、淀粉或甲壳素，种类单一，亟需开发新型聚多糖纳米晶。

木聚糖是双子叶植物次生壁和共生单子叶植物中所有类型壁半纤维素的主要成分，也是我国制浆造纸行业的主要副产物之一。在传统的碱法制浆过程中，黑液里大约有原料质量20％的木聚糖通过碱回收工序被直接燃烧掉，其自身的热值较低，燃烧也会对环境造成极大的压力，对这些生物质类工业副产物而言燃烧的处理方式并不是一个好的选择。此外，由于这部分浓碱回收的木聚糖支链被降解，其分子链为线型，结晶度较高，导致其具有类似纤维素或甲壳素的结构性质，难以溶解常见溶剂。

中国专利CN102675481A公开了一种纳米木聚糖及其制备方法，通过碱和硼氢化钠对小麦秸秆粉进行处理，得到尺寸在30-90nm的木聚糖纳米粒子。中国专利CN109160961A公开了一种纳米木聚糖制备方法及其应用，通过对玉米芯过氧化氢氧化处理、超声波/碱液复合处理可得到尺寸60-100nm左右纳米木聚糖，并能改善木质材料的防腐性能。中国专利CN111848871A通过乙醇将溶解在碱液中的木聚糖进行沉淀，得到一定尺寸纳米木聚糖粒子，并随后将季铵盐单体接枝聚合制备得到具有良好杀菌和防腐性能的生物基纳米粒子。以上专利制备木聚糖纳米材料，一方面均需要从植物中通过有机萃取的方式提取原料，制备方法繁琐，且得到的木聚糖纳米粒子水分散性也较差，限制了其大规模应用。最为关键的是，以上专利仅仅是将木聚糖形貌控制成纳米粒子，粒子不具有结晶性和刚性，因此并非木聚糖纳米晶。在溶解浆和黏胶纤维工业中每年会产生上万吨工业木聚糖，由于具有高度结晶性而几乎难溶于常见溶剂，大部分用于饲料或直接燃烧。如果能够将这样高度结晶的工业木聚糖转化成纳米结晶性木聚糖纳米粒子，将具有十分重要的工业应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种成本低且制备方法简单的木聚糖纳米晶及其制备方法，所得到的木聚糖纳米晶尺寸在20-200nm之间，具有优异的水溶液分散性和生物相容性。

为实现上述目的，本发明提供了一种木聚糖纳米晶及其制备方法，包括以下步骤：

(1)将高碘酸溶解在一定质量去离子水中，常温搅拌溶解；

(2)配置一定质量浓度无机碱溶液，调节步骤(1)得到的溶液pH为碱性，室温避光搅拌反应；

(3)将原料工业木聚糖加入到步骤(2)得到的溶液中，在一定温度下，继续避光搅拌反应一段时间,随后停止反应，离心取下层白色固体；

(4)将白色固体重新超声分散于水中，透析提纯后可得到一定纳米尺度木聚糖纳米晶悬浮液。进一步冷冻干燥，可得到一定产率的木聚糖纳米晶粉末。

优选地，所述步骤(1)高碘酸与水的质量百分比为1-5％。

优选地，所述步骤(2)无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾的一种或多种混合。

优选地，所述步骤(3)工业木聚糖与高碘酸的质量百分比为50-150％。

优选地，所述步骤(3)反应时间为72-240h。