本发明专利技术公开了一种以甘蔗渣为原料的纳米纤维素的可控制备方法，包括以下步骤：制浆；去除水溶性成分；去除醇溶性成分；碱处理：向步骤(3)处理后的物料中添加NaOH溶液，超声分散，反应12h，然后用pH值为6.8的磷酸缓冲液洗涤；TEMPO氧化：用pH为6.8的磷酸缓冲液溶解步骤(4)处理后的纤维素浆，添加适量的TEMPO、NaClO和NaClO2，在加热的条件下反应；机械处理：用去离子水对步骤(5)的反应产物进行稀释和洗涤，然后对其进行破壁处理、离心处理和透析，得到纳米纤维素溶液。本发明专利技术采用上述方法制备的纳米纤维素具有分散性好、形态可控、表面羧基含量可控、产率高的优点。产率高的优点。产率高的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种以甘蔗渣为原料的纳米纤维素的可控制备方法
[0001]本专利技术涉及纳米材料
，尤其是涉及一种以甘蔗渣为原料的纳米纤维素的可控制备方法。
技术介绍
[0002]甘蔗是我国最重要的糖料作物。根据国家统计局和中国糖业协会数据表明，2019/20年榨季甘蔗糖产量902.23万吨，占食糖产量的87％。我国甘蔗产业发展取得一定进展，但也面临不少困难，比如甘蔗渣废料的处理一直是一个问题。目前，仍有部分地区对制糖剩余的甘蔗渣通过焚烧进行处理，该处理方法不仅会导致蔗田种植地土壤发生变化，不利于连续耕作，还会产生大量的一氧化碳、二氧化碳等气体。而甘蔗渣中纤维素含量约占50％，在理论上可以作为一种优质的再生纤维素资源从而实现“变废为宝”，而其作为潜在的纤维素资源以及纳米纤维素制备的途径有待开发。
[0003]纳米纤维素是通过对植物中天然的纤维素束簇进行一系列化学、机械处理得到直径为5
‑
10纳米的纤维素。根据形态特征，纳米纤维素可主要分为纤维素纳米晶体(CNCs)和纤维素纳米纤维(CNFs)。CNCs是直径在纳米尺度内，长度为几百纳米的棒状刚性粒子。CNFs是一种长且具有柔性的纳米纤维，包含晶体和非晶态区域，直径为纳米级，长度通常为几个微米。由于纳米纤维素具有可再生性、低毒性和表面可调节性等特性，使得其在水处理、组织工程、生物传感器、柔性致动器等领域具有广泛应用的前景。
[0004]酸水解法是目前制备纳米纤维素的最常见的方法之一，但是酸水解会显著破坏纤维素的内部结构，容易产生高度结晶的短颗粒，这限制了纳米纤维素的应用。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种以甘蔗渣为原料的纳米纤维素的可控制备方法，通过此方法制备的纳米纤维素具有分散性好、形态可控、表面羧基含量可控、产率高的优点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种以甘蔗渣为原料的纳米纤维素的可控制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)制浆：甘蔗渣加水超声并且破壁处理制得甘蔗浆；
[0008](2)去除水溶性成分：对步骤(1)的产物用去离子水进行稀释，超声分散，进行多次离心处理，去除上清液；
[0009](3)去除醇溶性成分：对步骤(2)的产物用酒精进行稀释，超声分散，进行多次离心处理，去除上清液；
[0010](4)碱处理：向步骤(3)处理后的物料中添加NaOH溶液，超声分散，反应12h，然后用pH值为6.8的磷酸缓冲液洗涤；
[0011](5)TEMPO氧化：用pH为6.8的磷酸缓冲液溶解步骤(4)处理后的纤维素浆，添加适量的TEMPO、NaClO和NaClO2，在加热的条件下反应；
[0012](6)机械处理：用去离子水对步骤(5)的反应产物进行稀释和洗涤，然后对其进行
破壁处理、离心处理和透析，得到透明性、分散性良好的纳米纤维素溶液。
[0013]优选的，所述步骤(1)中的甘蔗渣是漂白处理后的甘蔗渣，制备的甘蔗浆中固体与水的比例为1g：(20
‑
50)ml，破壁处理时间为15min，加水超声时间为10
‑
30min。
[0014]优选的，所述步骤(2)中用去离子水进行稀释，超声时间为20min。
[0015]优选的，所述步骤(3)中酒精的质量浓度为98％，甘蔗渣和乙醇的比例为1g:50mL，超声时间为20min，离心转速为11000rpm，离心3
‑
5次。
[0016]优选的，所述步骤(4)中NaOH的浓度为10％，甘蔗渣和氢氧化钠的比例为1g：(20
‑
50)mL，离心转速为11000rpm，离心3
‑
5次。
[0017]优选的，所述步骤(5)中NaClO溶液的活性氯为8％
‑
13％，纤维素浆和磷酸缓冲液的比例为1g：(80
‑
100)mL，甘蔗固体物与TEMPO的比为1g： (0.010
‑
0.018)g，甘蔗固体物与NaClO的比为1g：(1
‑
50)mmol，反应温度为 50
‑
70℃，反应时间为12
‑
108h。
[0018]优选的，所述步骤(6)甘蔗浆中固体物和去离子水的比例为1g： (200
‑
300)mL，进行的离心处理取沉淀，转速为11000rpm，离心3
‑
5次，去除部分未反应物。
[0019]优选的，所述步骤(6)中破壁处理的时间为10
‑
20min。
[0020]优选的，所述步骤(6)中破壁处理后，离心3
‑
5次处理取上清液，并对上清液使用透析袋3500透析48h后得到纳米纤维素溶液。
[0021]TEMPO氧化体系可以在不改变纤维素原始结晶度和晶体形貌的情况下，在每个纤维素微纤维的表面选择性地将C6羟基氧化形成C6羧基，进而增大纤维素丝间的静电排斥力，实现将捆状、簇状的微米纤维素解离、分解纳米纤维素的目的。并且，整个氧化过程反应条件温和，制备的纳米纤维素的长径比以及表面羧基的含量可控，不仅可以应用于实验室，还具有大规模工业应用的潜力。所得的纳米纤维素，产率在80％
‑
99.3％，产品包括纤维素纳米晶体(CNCs)和纤维素纳米纤维(CNFs)；纤维素纳米晶体(CNCs)，其直径为 5
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10nm，长度为50
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400nm，表面具有良好的电负性，其Zeta电位在可达
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46.7mV；纤维素纳米纤维(CNFs)，其直径为5
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20nm，长度为1000nm
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5000nm，其Zeta 电位在
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36～
‑
46mV。此方法不仅反应时间短，流程简单，而且与现有技术制备甘蔗纳米纤维素的方法相比，不仅极大地避免了制备过程中对纤维素晶体结构部分的水解，还可对纤维素形貌和表面羧基含量进行有效调控，从而调节了纳米纤维素溶液的双折射特性和光透过性，对工业甘蔗渣的实际处理具有重要价值。
[0022]因此，本专利技术采用上述一种以甘蔗渣为原料的纳米纤维素的可控制备方法，通过此方法制备的纳米纤维素具有分散性好、形态可控、表面羧基含量可控、产率高的优点。
[0023]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例的基本流程图；
[0025]图2为本专利技术实施例1
‑
6样品的X射线衍射图(XRD)；
[0026]图3为本专利技术实施例1
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6样品的原子力显微镜图(AFM)：其中(a)是实施例1制备的纳米纤维素的原子力显微镜图，(b)是实施例2制备的纳米纤维素的原子力显微镜图，(c)是实施例3制备的纳米纤维素的原子力显微镜图，(d)是实施例4制备的纳米纤维素的原子力显微镜图，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种以甘蔗渣为原料的纳米纤维素的可控制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制浆：甘蔗渣加水超声并且破壁处理制得甘蔗浆；(2)去除水溶性成分：对步骤(1)的产物用去离子水进行稀释，超声分散，进行多次离心处理，去除上清液；(3)去除醇溶性成分：对步骤(2)的产物用酒精进行稀释，超声分散，进行多次离心处理，去除上清液；(4)碱处理：向步骤(3)处理后的物料中添加NaOH溶液，超声分散，反应12h，然后用pH值为6.8的磷酸缓冲液洗涤；(5)TEMPO氧化：用pH为6.8的磷酸缓冲液溶解步骤(4)处理后的纤维素浆，添加适量的TEMPO、NaClO和NaClO2，在加热的条件下反应；(6)机械处理：用去离子水对步骤(5)的反应产物进行稀释和洗涤，然后对其进行破壁处理、离心处理和透析，得到透明性、分散性良好的纳米纤维素溶液。2.根据权利要求1所述的一种以甘蔗渣为原料的纳米纤维素的可控制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的甘蔗渣是漂白处理后的甘蔗渣，制备的甘蔗浆中固体与水的比例为1g：(20
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50)ml，破壁处理时间为15min，加水超声时间为10
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30min。3.根据权利要求1所述的一种以甘蔗渣为原料的纳米纤维素的可控制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中用去离子水进行稀释，超声时间为20min。4.根据权利要求1所述的一种以甘蔗渣为原料的纳米纤维素的可控制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中酒精的质量浓度为98％，甘蔗渣和乙醇的比例为1g:50mL，超声时间为20min，离心转速为11000rpm，离心3
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5次。5.根据权利要求1所述的一种以甘蔗渣...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢勇，赵鹏，胡松，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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