一种超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法技术

本发明专利技术公开了一种超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，属于纤维素改性技术领域。该制作方法包括：在超声波清洗仪中对秸秆纤维素的碱化过程进行物理辅助，加入氯乙酸进行醚化反应，反应一段时间后再次加入氢氧化钠，接着醚化反应直至反应结束，取出，洗涤，烘干，粉碎，得到黄色粉末状样品。本发明专利技术将超声波技术运用到秸秆羧甲基纤维素的合成制备中，整个反应过程操作简单，易于实施。与未采用超声波处理得到的秸秆羧甲基纤维素产品相比，本发明专利技术产品取代度更高，溶解度、保水性和热稳定性更好，显现出更优良的产品性能。

A method of ultrasonic assisted preparation of straw carboxymethyl cellulose

The invention discloses a method of ultrasonic assisted preparation of straw carboxymethyl cellulose, which belongs to the field of cellulose modification. The production method includes: physical assistance in ultrasonic cleaning process of alkaline straw cellulose instrument, adding chloroacetic acid etherification reaction, the reaction time again after adding sodium hydroxide, then etherification until the end of the reaction, removal, washing, drying, crushing, get yellow powder samples. In the invention, ultrasonic technology is applied to the synthesis and preparation of straw carboxymethyl cellulose, and the whole reaction process is simple and easy to implement. Compared with the straw carboxymethyl cellulose product without ultrasonic treatment, the product has higher substitution degree, better solubility, water retention and thermal stability, showing better product performance.

【技术实现步骤摘要】
一种超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法
一种超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，在秸秆纤维素碱化反应阶段进行超声波辅助处理，而后进行醚化反应得到秸秆羧甲基纤维素粗产品，属于纤维素改性

技术介绍
秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称，是农作物的主要副产品，富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生生物资源。可用于制备可再生生物油、发酵饲料、高活性炭等，但仍有大量剩余秸秆被遗弃田间地头或被焚烧，造成资源浪费、污染环境，同时影响社会生产和人民生活，逐渐成为一个严重的经济和社会问题。虽然，与精制棉短绒、木材浆粕等相比，秸秆中纤维素含量稍低，但其价格低廉、含量颇丰，亦可作为纤维素酯与纤维素醚的重要纤维素来源。羧甲基纤维素(CMC)是最具代表性的离子型纤维素醚，是由纤维素和碱生成碱纤维素，再由碱纤维素和氯乙酸反应生成。在纤维素化学改性的基础上，也会采用一些物理处理加以辅助。比如杨叶等人在制备玉米秸秆羧甲基纤维素的实验中，采用无污染蒸汽爆破技术活化预处理，得到高附加值的CMC产品。任保增等人将超声波技术用于羟乙基纤维素的合成研究，缩短了反应时间，降低了反应温度，提高了醚化率。而关于超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的研究迄今鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，为超声波在纤维素醚领域的实际应用及进一步开发利用提供理论依据。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术公开了一种超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，秸秆纤维素碱化过程中加入了超声波处理，进行物理辅助。秸秆纤维素原料主要有：水稻秸秆纤维素、玉米秸秆纤维素、小麦秸秆纤维素等。作为优选方案之一，所述配方以干基质量比计为：秸秆纤维素︰氢氧化钠︰氯乙酸＝1︰0.4～1.4︰0.8～1.8。作为一种超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，包括如下步骤：（1）取一定量的秸秆纤维素，加入乙醇溶液和氢氧化钠粉末；（2）搅拌均匀后置于超声波清洗仪中，进行超声辅助碱化反应；（3）反应一段时间后加入氯乙酸乙醇溶液，搅拌均匀；（4）恒温条件下进行醚化反应；（5）反应一段时间后，再次加入氢氧化钠粉末，继续醚化反应；（6）取出，用乙醇溶液洗涤干净；（7）置于烘箱内烘干，粉碎，得到黄色粉末状羧甲基纤维素产品。步骤（1）具体包括：秸秆纤维素质量为1份，质量百分浓度为70%～95%的乙醇溶液︰秸秆纤维素的体积质量比为20︰1，氢氧化钠粉末质量为0.3～1.05份。步骤（2）具体包括：超声频率为40KHz，超声功率为100～250W，超声辅助碱化时间为30～80min，超声辅助碱化温度为20～45℃。步骤（3）具体包括：氯乙酸质量为0.8～1.8份；质量百分浓度为70%～95%的乙醇溶液︰氯乙酸的体积质量比为10︰2.4～5.4；步骤（4）具体包括：醚化温度为50～75℃，醚化反应时间为30min。步骤（5）具体包括：再次加入氢氧化钠粉末质量为0.1～0.35份，继续醚化反应时间为90～190min。本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点包括：（1）本专利技术为合成秸秆羧甲基纤维素提供了一种新的物理辅助方法，极大可能也为纤维素醚的合成提供了一种新的物理辅助方法；（2）本专利技术采用超声波辅助制备而得的秸秆羧甲基纤维素样品，与未采用超声波辅助制备而得的秸秆羧甲基纤维素样品相比，取代度更高，溶解度、保水性和热稳定性更好；（3）本专利技术采用超声波辅助制备而得的秸秆羧甲基纤维素样品，与未采用超声波辅助制备而得的秸秆羧甲基纤维素样品相比较，其结构表面更加疏松、粗糙，卷曲片状含量更大、分布更均匀、卷曲状态更明显，纤维素上的羟基（-OH）被羧甲基钠（-CH2COONa）取代效果更加明显更加均匀。秸秆纤维素、秸秆CMC（非超声波处理）和秸秆CMC（超声波处理）的扫描电镜SEM图2-4所示。由扫描电镜图可以明显看出，与秸秆纤维素相比较，未采用超声波辅助处理与采用超声波辅助处理制备得到的秸秆CMC样品表面都更加疏松、粗糙，并且呈现卷曲的片状，其结构分散疏松，质地较为脆硬，这表明柔韧的纤维素已转变为质地脆硬的CMC。对比图2和图3，可以显著发现采用超声处理得到的秸秆CMC，其表面卷曲片状含量更大、分布更均匀、卷曲状态更明显，结构更松散、蓬松。其原因可能是，超声辐射“空化作用”所形成的局部瞬时高温、高压微环境可以产生更为强大的能量效应，加快热质传递；另一方面，超声过程中所产生搅拌、振荡等次级效应，增大了分子间有效碰撞频率，进一步促进了反应体系的均匀度与混合度，致使纤维结构细化明显，更多的次生壁S2层微纤维暴露，并发生分丝帚化现象，提高了纤维素的可及度和化学反应活性。有利于醚化阶段醚化剂更好地进去到纤维素分子结构的内部，促使羧甲基钠（-CH2COONa）更充分地更均匀地取代纤维素分子上的羟基（-OH），从而提高秸秆CMC的取代度与均匀度。附图说明图1超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素工艺示意图。图2秸秆纤维素扫描电镜SEM图。图3实施例1秸秆CMC（非超声波处理）扫描电镜SEM图。图4实施例2秸秆CMC（超声波处理）扫描电镜SEM图。具体实施方式实施例1秸秆纤维（非超声波处理）制备秸秆CMC样品取3g水稻秸秆纤维素放入到250mL的烧杯中，加入60mL85%的乙醇，加入2.25g粉末状氢氧化钠，搅拌均匀，保持水温30℃，碱化反应60min；再加入3.6g溶于10mL85%乙醇的氯乙酸，用磁力搅拌器搅拌20min，置于70℃水浴锅中震荡，反应30min后，再加入0.75g粉末状氢氧化钠，再接着震荡150min，取出，用乙醇洗涤、烘干，粉碎得到黄色粉末状秸秆CMC样品。实施例2水稻秸秆纤维（超声波处理）制备秸秆CMC样品取3g水稻秸秆纤维素放入到250mL的烧杯中，加入60mL85%的乙醇，加入2.25g粉末状氢氧化钠，搅拌均匀后置于超声波清洗仪中，超声波清洗仪的频率为40KHz，功率为175W，保持水温30℃，超声辅助碱化反应60min；再加入3.6g溶于10mL85%乙醇的氯乙酸，用磁力搅拌器搅拌20min，置于70℃水浴锅中震荡，反应30min后，再加入0.75g粉末状氢氧化钠，再接着震荡150min，取出，用乙醇洗涤、烘干，粉碎得到黄色粉末状秸秆CMC样品。实施例3玉米秸秆纤维（超声波处理）制备秸秆CMC样品取3g玉米秸秆纤维素放入到250mL的烧杯中，加入60mL85%的乙醇，加入1.8g粉末状氢氧化钠，搅拌均匀后置于超声波清洗仪中，超声波清洗仪的频率为40KHz，功率为250W，保持水温30℃，碱化反应60min；再加入3.6g溶于10mL85%乙醇的氯乙酸，用磁力搅拌器搅拌20min，置于70℃水浴锅中震荡，反应30min后，再加入0.6g粉末状氢氧化钠，再接着震荡150min，取出，用乙醇洗涤、烘干，粉碎得到黄色粉末状秸秆CMC样品。实施例4玉米秸秆纤维（超声波处理）制备秸秆CMC样品取3g玉米秸秆纤维素放入到250mL的烧杯中，加入60mL85%的乙醇，加入1.8g粉末状氢氧化钠，搅拌均匀后置于超声波清洗仪中，超声波清洗仪的频率为40KHz，功率为100W，保持水温30℃，碱化反应50min；再加入4.8g溶于1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，其特征在于，秸秆纤维素碱化过程中加入了超声波处理，进行物理辅助。

【技术特征摘要】
1.一种超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，其特征在于，秸秆纤维素碱化过程中加入了超声波处理，进行物理辅助。2.根据权利要求1所述的超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，其特征在于，秸秆纤维素原料主要有：水稻秸秆纤维素、玉米秸秆纤维素、小麦秸秆纤维素。3.根据权利要求1所述的超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，其特征在于：所述配方以干基质量比计为：秸秆纤维素︰氢氧化钠︰氯乙酸＝1︰0.4～1.4︰0.8～1.8。4.根据权利要求1所述的超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）取一定量的秸秆纤维素，加入乙醇溶液和氢氧化钠粉末；（2）搅拌均匀后置于超声波清洗仪中，进行超声辅助碱化反应；（3）反应一段时间后加入氯乙酸乙醇溶液，搅拌均匀；（4）恒温条件下进行醚化反应；（5）反应一段时间后，再次加入氢氧化钠粉末，继续醚化反应；（6）取出，用乙醇溶液洗涤干净；（7）烘干，粉碎，得到黄色粉末状羧甲基纤维素产品。5.根据权利要求4所述的超声波辅助制备秸秆羧甲基纤维素的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕萍，李英，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32