[发明专利]采用铵基改性钕铁硼磁性粒子提取半纤维素的方法

说明书

本发明公开了一种采用铵基改性钕铁硼磁性粒子提取半纤维素的方法，该方法将钕铁硼纳米颗粒和2,3‑二羟丙基三甲基氯化铵依次加入到四乙氧基硅烷中进行改性，然后用丙酮清洗纳米颗粒，真空干燥后制得铵基改性钕铁硼磁性粒子；将蔗髓综纤维素和铵基改性钕铁硼磁性粒子放入离子液体中，混合均匀后，在微波下加热反应，反应结束后采用磁吸附分离方法分离出磁性粒子，用丙酮溶液清洗、烘干后，重复利用；剩余的反应物真空抽滤获得固体纤维素和半纤维素溶液；在半纤维素溶液中加入乙醇沉淀，静置后，固液分离，固体加入去离子水溶解，装入透析袋中透析，浓缩后冷冻干燥，得到半纤维素；本发明方法简单，反应条件温和，反应时间短，半纤维素不易降解。

技术领域

本发明涉及一种采用铵基改性钕铁硼磁性粒子提取半纤维素的方法，属于木质纤维素高值化利用领域。

背景技术

近年来，随着石油、煤炭等不可再生资源的日益减少，以及对环境保护的要求，生物质资源作为主要的可再生能源逐步成为研究热点。生物质资源是指直接或者间接通过光合作用产生的有机物质的总称，主要包括植物和动物两大类，作为世界上最丰富的可再生能源，生物质精炼技术对实现可持续发展至关重要。木质纤维素是最主要的生物质来源，包含木质素、纤维素和半纤维素三大组分，对于这三大组分高效、清洁的分离是实现植物基天然高分子功能化应用的关键环节。

半纤维素作为天然生物质聚合物具有丰富的官能团，例如，羟基、乙酰基、羧基、甲氧基等。其中该多糖分子链富含游离羟基，提供了更多的活性位点，并且半纤维素分子链比较短，具有支链，分子排列不规整使得半纤维素具有很好的反应活性以及生物可降解性和生物相容性等优点，因此半纤维素在生物医药、废水处理、食品包装、药物缓释、纸页增强等领域具有广泛的应用前景。为实现半纤维素的深度开发和有效利用，对其的高效分离技术提出了更高层次和更多元化的要求。现今，半纤维素提取常用的方法有碱水解、酸水解、蒸汽爆破法、有机溶剂萃取法。禾本科植物中含有1~2%的乙酰基团，这些乙酰基以酯键的形式连接在半纤维素上，采用碱法提取半纤维会使得酯键发生水解，而从半纤维素链上脱落，不利于半纤维素的高值化利用开发；并且碱法处理过程中会产生大量废液，回收成本高，环境污染严重。无机酸处理木质纤维素高效且经济可行但其在处理过程中容易造成糖降解，且废液回收困难。离子液体是由阴、阳离子组成的有机液体，由于其特有的可循环、高度稳定性、低熔点、低蒸气压、对大多数有机化合物有良好的溶解性和对大部分试剂稳定的优点。

磁性纳米催化剂是在磁性金属（Fe、Co、Ni）以及磁性氧化物（Fe₃O₄、ZnO）上负载催化剂，一定程度上增加催化剂的极性，增强催化反应速率。磁性纳米颗粒还可以在一定强度磁场作用下实现回收和再利用，避免对环境造成二次污染和资源的浪费。钕铁硼是一种饱和磁化强度高、矫顽力强并且性价比较高的材料，常用于新能源汽车的制造、风力发电等高新技术领域。Biao Xie等人采用磁性NdFeB颗粒与聚酯过滤器复合用于吸收焊接烟尘，以此提高对烟尘颗粒的过滤效果，结果表明，包覆NdFeB颗粒的过滤器过滤效果为普通滤器的2.09倍。为解决染料废水中有机物污染物降解问题，Chunwei Yang等人采用负压浸渍的方法合成了以活性炭为载体的芬顿磁性（NdFeB-AC-FC）催化剂，采用该催化剂对偶氮染料甲基橙进行了非均相类芬顿降解研究，结果表明，NdFeB-AC-FC不仅具有良好的催化活性，甲基橙降解率达97.8%，而且具有重复利用的可行性；目前还未见利用钕铁硼作为磁性催化剂用于提取半纤维素的报道。