一步法制备羧基化竹纤维素纳米晶体的方法技术

本发明专利技术公开了一种一步法制备羧基化竹纤维素纳米晶体的方法，采用微波液化‑氧化法可实现从天然竹粉一步得到羧基化的竹纤维素纳米晶体，无需预处理，即可除去木质素、半纤维素，得到的羧基化竹纤维素纳米晶体的结晶度高于60.32%，产率高于61.28%，同时测得的Zeta电位值表明了竹纳晶悬浮液优异的稳定性；本发明专利技术方法步骤简单，反应高效快捷，时长短，利用竹子作为纤维素晶体的原料，具有来源广泛绿色的特点，为实现竹子资源的高价值利用提供了简便的工艺方法。

【技术实现步骤摘要】
一步法制备羧基化竹纤维素纳米晶体的方法
本专利技术涉及一步法制备羧基化竹纤维素纳米晶体的方法，尤其是采用微波液化-氧化法联用实现从天然竹粉一步反应得到稳定的羧基化竹纤维素纳米晶体的方法。
技术介绍
纤维素是自然界中含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50％以上。而棉花、竹子、香蕉、木材、甘蔗渣等，都是自然界中纤维素含量丰富的原料。从竹中提取出的竹纤维不仅可用于造纸，也可用于服饰、纺织品的生产加工。与此同时竹纤维具有绿色环保、天然抗菌性和优异的力学性能等优点。我国竹子资源丰富，能够为竹纤维的制备提供大量原材料，且竹子生长周期短、生长速度快、纤维素含量较高等优点使得发展竹产业的深加工成为可能。纤维素纳米晶体是纤维素经过处理，将纤维素中的无定形区及低结晶度的结晶区破除，提取得到的一种纤维素晶体。纤维素纳米晶体在增强剂、造纸、日用化工等领域都有良好的应用前景。目前制备纤维素纳米晶体的方法有酸水解法、酶水解法、生物法，氧化降解法等。酸水解法对设备的腐蚀性强，耗能较多，在前期需要进行预处理，工艺复杂。生物法需要特定的菌种在一定条件下培养得到纤维素纳米晶体，这种方法对培养环境要求极为严格，产率不高，且不易实现工业化。纤维素酶水解法的成本较高。现阶段关于以自然资源为原料制备纤维素纳米晶体的工艺很多，原料常见于木材、棉花等，采用的方法大多是硫酸水解法为主，而利用微波液化一步法制备竹纤维素纳米晶体的文章还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用自然界中的竹子资源，采用微波液化-氧化法制备羧基化竹纤维素纳米晶体的方法，具体步骤如下：（1）将竹子去叶、洗净、干燥，粉碎过筛后得到竹粉；（2）配置浓度为0.5～2mol/L的氧化剂溶液；（3）将竹粉加入到氧化剂溶液中，置于功率为350～550W的微波反应器中反应10～30min，其中固液比g:mL为1:40～100；（4）在反应结束时加入冷的去离子水终止反应，获得羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液；（5）将步骤（4）羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液在8000～10000rmp下离心分离10～20min，取上清液装入超滤膜透析袋中处理至中性，冷冻干燥后即得羧基化竹纤维素纳米晶体粉体。步骤（1）中竹子进行粉碎时，要舍弃竹子结节的部位，竹子结节的部分纤维素含量较少，且难易降解。所述超滤膜为聚氯乙烯膜、聚丙烯氰膜、醋酸纤维膜中的一种，其截留分子量为100～200kDa。所述氧化剂为过硫酸铵、高碘酸钠、甲酸的一种。微波法是利用电场物质产生电子极化、原子极化、偶极转向极化，其中偶极转向极化对物质的加热起重要作用，而竹纤维中的纤维素、木质素都属于极性分子，在微波场中及其吸收微波能量，使得大分子液化，此外在过硫酸铵的氧化下最终得到羧基化竹纤维素纳米晶体。微波不仅能实现了电能直接转化为介质的热能，避免了传导加热方式的能量浪费，微波氧化的双重作用使得纤维素的降解效率得以提高，极大地缩短了反应时长。与现有的技术相比，本专利技术具有如下优点：（1）本专利技术实现了一步法制备羧基化竹纤维素纳米晶体；（2）本专利技术采用高效的氧化剂过硫酸铵、高碘酸钠和甲酸氧化降解的效率高，羧基化竹纤维素纳米晶体的产率高，结晶度高；（3）本专利技术利用微波液化-氧化法双重作用制备羧基化竹纤维素纳米晶体，大大地缩短了反应时间；（4）本专利技术的生产工艺简单，高效便捷，污染小，易于实现工业化。附图说明图1为羧基化竹纤维素纳米晶体的扫描电镜图；图2为羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液的Zeta电位图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不局限于所述内容。实施例1：（1）将竹子去叶去结节、洗净、干燥，用粉碎机粉碎，经60目筛网过滤，得到竹粉；（2）配置浓度为0.5mol/L的过硫酸铵溶液；（3）将竹粉加入到过硫酸铵溶液中，固液比g:mL为1∶40，置于功率为350W的微波反应器中反应30min；（4）在反应结束时加入冷的去离子水终止反应，获得羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液；（5）将步骤（4）羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液在8000rmp下离心分离20min，取上清液装入超滤膜透析袋（聚氯乙烯膜，截留分子量为100kDa）中处理至中性，将超滤膜透析袋中产物冷冻干燥后，即得羧基化竹纤维素纳米晶体粉体，结晶度60.32%，产率61.28%；羧基化竹纤维素纳米晶体的扫描电镜图见图1，从图中可以看出竹纤维素纳晶的长度在400nm左右，径向为20nm左右，呈现刚性的棒状结构。实施例2：（1）将竹子去叶去结节、洗净、干燥，用粉碎机粉碎，经60目筛网过滤，得到竹粉；（2）配置浓度为1mol/L的过硫酸铵溶液；（3）将竹粉加入到过硫酸铵溶液中，固液比g:mL为1∶60，置于功率为450W的微波反应器中反应20min；（4）在反应结束时加入冷的去离子水终止反应，获得羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液；图2为竹纤维素纳晶悬浮液的Zeta电位结果，通常可用Zeta电位绝对值大小来衡量悬浮液的稳定性，Zeta电位的绝对值越大，表明颗粒之间的相互排斥越大，体系越稳定，反之则体系更易于团聚；从图中可以看出经过一周的静置，Zeta电位值虽有所降低；但是变化幅度不是很大，且微波-氧化20min的条件下Zeta电位绝对值为50mV，证明竹纳晶悬浮液有良好的储存稳定性；（5）将步骤（4）羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液在9000rmp下离心分离15min，取上清液装入超滤膜透析袋（聚丙烯氰膜，截留分子量为100kDa）中处理至中性，将超滤膜透析袋中产物冷冻干燥后，即得羧基化竹纤维素纳米晶体粉体，结晶度61.42%，产率62.46%。实施例3：（1）将竹子去叶去结节、洗净、干燥，用粉碎机粉碎，经60目筛网过滤，得到竹粉；（2）配置浓度为1.5mol/L的甲酸溶液；（3）将竹粉加入到甲酸溶液中，固液比g:mL为1∶80，置于功率为500W的微波反应器中反应10min；（4）在反应结束时加入冷的去离子水终止反应，获得羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液；（5）将步骤（4）羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液在10000rmp下离心分离10min，取上清液装入超滤膜透析袋（醋酸纤维膜，截留分子量为150kDa）中处理至中性，将超滤膜透析袋中产物冷冻干燥后，即得羧基化竹纤维素纳米晶体粉体，结晶度64.72%，产率65.28%。实施例4：（1）将竹子去叶去结节、洗净、干燥，用粉碎机粉碎，经60目筛网过滤，得到竹粉；（2）配置浓度为2mol/L的高碘酸钠溶液；（3）将竹粉加入到高碘酸钠溶液中，固液比g:mL为1∶100，置于功率为400W的微波反应器中反应18min；（4）在反应结束时加入冷的去离子水终止反应，获得羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液；（5）将步骤（4）羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液在8000rmp下离心分离15min，取上清液装入超滤膜透析袋（聚氯乙烯膜，截留分子量为200kDa）中处理至中性，将超滤膜透析袋中产物冷冻干燥后，即得羧基化竹纤维素纳米晶体粉体，结晶度65.62%，产率67.69%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一步法制备羧基化竹纤维素纳米晶体的方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将竹子去叶、洗净、干燥，粉碎过筛后得到竹粉；（2）配置浓度为0.5～2mol/L的氧化剂溶液；（3）将竹粉加入到氧化剂溶液中，置于功率为350～550W的微波反应器中反应10～30min，其中竹粉和氧化剂溶液固液比g:mL为1:40～100；（4）在反应结束时加入冷的去离子水终止反应，获得羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液；（5）将步骤（4）羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液在8000～10000rmp下离心分离10～20min，取上清液装入超滤膜透析袋中处理至中性，冷冻干燥后即得羧基化竹纤维素纳米晶体粉体。

【技术特征摘要】
1.一步法制备羧基化竹纤维素纳米晶体的方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将竹子去叶、洗净、干燥，粉碎过筛后得到竹粉；（2）配置浓度为0.5～2mol/L的氧化剂溶液；（3）将竹粉加入到氧化剂溶液中，置于功率为350～550W的微波反应器中反应10～30min，其中竹粉和氧化剂溶液固液比g:mL为1:40～100；（4）在反应结束时加入冷的去离子水终止反应，获得羧基化竹纤维素纳米晶体悬浮液；（5）将步骤（4）羧基化竹纤维素...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾庆明，胡婷婷，陕绍云，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53