一种高木质素含量纳米纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高木质素含量纳米纤维的制备方法，属于纳米纤维材料技术领域。该方法为木质纤维原料经过螺旋挤压预处理，后续在路易斯酸催化的作用下进行乙醇水溶剂热处理，然后再经过超声分散处理，得到高木质素含量纳米纤维。本发明专利技术方法充分结合螺旋挤压、溶剂热处理以及超声处理，制备高木质素含量纳米纤维，该方法具有绿色、环保的优势，操作简单、方便，可为纳米纤维的高效生产提供良好的技术支持。持。持。

【技术实现步骤摘要】
一种高木质素含量纳米纤维的制备方法


[0001]本专利技术属于纳米纤维材料
，具体涉及一种高木质素含量纳米纤维的制备方法。

技术介绍

[0002]木质纤维资源是自然界最丰富可再生资源，但目前其存在着利用率较低、附加值不高等问题。纤维素纳米纤丝不仅具有纤维素轻质、可降解、生物相容性，以及可再生特性，还因其纳米尺寸、良好的稳定性和丰富的羟基使其易于化学改性，在复合材料、电子产品、催化材料、生物医用材料和能源等领域均显出巨大的应用前景。含有木质素的纳米纤维(Lignocellulose nanofibrils，LCNF)可以直接从木质纤维原料出发制备得到，可以有效解决因脱除木质素而带来的成本增加以及得率下降的问题，拓展纳米纤维的原料来源范围，设计出一种成本较低、环境友好、绿色的制备纳米纤维工艺。此外、LCNF中残留的木质素有利于降低其亲水性和极性，增强其热稳定性和紫外线阻隔性能等。
[0003]常规制备纳米纤维的处理方法主要包括硫酸水解法、TEMPO氧化法、纤维素酶处理和机械法等。CN110551294A公开了一种微纳米木质素纤维素的制备方法，该专利申请利用木质纤维原料通过球磨、高压均质制备得到含有木质素的微纳米纤维素。CN113502675A公开了一种含有木质素纳米纤维素纤丝的制备方法，该专利申请利用氧碱处理结合细胞破碎仪可制备得到含有木质素纳米纤维素纤丝。上述方法普遍存在纤维素降解程度大、得率较低、溶剂回收困难及能耗较高等问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种高木质素含量纳米纤维的制备方法，进一步解决了目前纳米纤维制备过程中得率较低，溶剂难回收的问题。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种高木质素含量纳米纤维的制备方法，木质纤维原料经过螺旋挤压预处理，后续在路易斯酸催化的作用下进行乙醇水溶剂热处理，然后再经过短时间的超声分散处理，得到高木质素含量纳米纤维。具体包括以下步骤：
[0007](1)将木质纤维原料进行机械粉碎、筛选，得到30～50目的木粉；
[0008](2)将木粉原料、乙醇、水、路易斯酸混合，经过螺旋挤压预处理，对木质纤维溶剂混合液进行溶剂热处理；处理结束后对反应液进行分离，得到固体剩余物和乙醇水溶液；
[0009](3)将固体剩余物加入蒸馏水稀释配成木质纤维悬浮液，通过超声分散得到高木质素含量纳米纤维。
[0010]所述高木质素含量纳米纤维的制备方法，步骤(2)中，室温条件下，将木粉原料加入到乙醇/水溶液中，乙醇/水溶液的浓度为30％～80％；路易斯酸催化剂为三氯化铁、三氯化铝、氯化锌或氯化镁中的任一种；路易斯酸的加入量为0.025～0.1mol/L；绝干木粉对乙
醇溶液的用量比为1g∶20～50mL；溶剂热处理的温度为120～180℃，溶剂热处理的时间为30～60min。
[0011]所述高木质素含量纳米纤维的制备方法，步骤(3)中，固体剩余物中加入到蒸馏水中，配成固含量为1％～5％的悬浮液，室温条件下超声处理时间5～30min。
[0012]所述高木质素含量纳米纤维的制备方法，木质纤维原料为含有纤维素的生物质原料，
[0013]所述高木质素含量纳米纤维的制备方法，木质纤维原料为针叶材、阅叶材、竹材或草类秸秆中的任一种；优选为杨木、松木或麦秸秆。
[0014]所述高木质素含量纳米纤维的制备方法，将经过步骤(2)处理的乙醇水溶液在60～90℃的条件下旋转蒸发处理，回收并循环利用，将经过步骤(2)的路易斯酸催化剂可通过添加NaOH沉淀分离，后续加入HCl回收循环使用。
[0015]所述高木质素含量纳米纤维的制备方法，螺旋挤压时长径比为20～30，转速为50～100rpm。
[0016]有益效果：与现有的技术相比，本专利技术的优点包括：
[0017]本专利技术以木质纤维为原料提取高木质素含量纳米纤维，通过路易斯酸催化乙醇水溶剂热处理，随后通过短时间的超声分散处理，可得到高木质素含量纳米纤维，乙醇/水溶剂是低沸点溶剂，易于冷凝回收，催化剂易于回收循环使用。本专利技术与常规制备方法相比，具有纳米纤维高得率、溶剂与催化剂易回收循环使用和环境友好的优点。
附图说明
[0018]图1为本专利技术中实施例1中以杨木为原料制得高木质素含量的纳米纤维(LCNF)透射电镜图(TEM)；
[0019]图2为本专利技术中实施例11中以松木为原料制得高木质素含量的纳米纤维(LCNF)透射电镜图(TEM)；
[0020]图3为本专利技术中实施例12中以竹子为原料制得高木质素含量的纳米纤维(LCNF)透射电镜图(TEM)；
[0021]图4为本专利技术中实施例13中以麦秸为原料制得高木质素含量的纳米纤维(LCNF)透射电镜图(TEM)。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0023]实施例1
[0024]高木质素含量的杨木材纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0025](1)选取杨木片为原料，将其粉碎、筛选(50目)，通过“Klason法”测得其木质素含量为20％～25％；
[0026](2)称取50g绝干杨木粉、100mL的30％乙醇水溶液及0.025mol/L的路易斯酸混合，经过螺旋挤压预处理后，置于120℃的反应釜中保温30min，停止加热，待反应体系温度降至室温后，使用乙醇溶液洗涤三次，过滤得到固体剩余物；
[0027](3)得到的剩余物分散于水中，配成固含量为1％的悬浮液，经过超声处理5min，可得到高木质素含量的纳米纤维；
[0028](4)体系中乙醇和水可在60℃的条件下进行旋转蒸发，回收循环利用(乙醇回收率超过90％)，体系中路易斯酸催化剂可通过添加NaOH沉淀分离，后续加入HCl进行循环使用(路易斯酸回收率超过85％)，循环使用具有近似的效果；
[0029](5)对制备得到的高木质素含量的纳米纤维进行透射电镜测试分析，由图1可看出高木质素含量的纳米纤维可成功制得。
[0030]实施例2
[0031]高木质素含量的杨木材纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0032](1)选取杨木片为原料，将其粉碎、筛选(50目)，通过“Klason法”测得其木质素含量为20％～25％；
[0033](2)称取50g绝干杨木粉、100mL的50％乙醇水溶液及0.025mol/L的路易斯酸混合，经过螺旋挤压预处理后，置于120℃的反应釜中保温30min，停止加热，待反应体系温度降至室温后，使用乙醇溶液洗涤三次，过滤得到固体剩余物；
[0034](3)得到的剩余物分散于水中，配成固含量为1％的悬浮液，经过超声处理5min，可得到高木质素含量的纳米纤维；
[0035](4)体系中乙醇和水可在60℃的条件下进行旋转蒸发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高木质素含量纳米纤维的制备方法，其特征在于，木质纤维原料经过螺旋挤压预处理，在路易斯酸催化的作用下进行乙醇水溶剂热处理，然后再经过超声分散处理，得到高木质素含量纳米纤维。2.根据权利要求1所述高木质素含量纳米纤维的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)将木质纤维原料进行机械粉碎、筛选，得到30～50目的木粉；(2)将木粉原料、乙醇、水、路易斯酸混合，经过螺旋挤压预处理，对木质纤维溶剂混合液进行溶剂热处理；处理结束后对反应液进行分离，得到固体剩余物和乙醇水溶液；(3)将固体剩余物加入蒸馏水稀释配成木质纤维悬浮液，通过超声分散得到高木质素含量的纳米纤维。3.根据权利要求2所述高木质素含量纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，室温条件下，将木粉原料加入到乙醇/水溶液中，乙醇/水溶液的浓度为30％～80％；路易斯酸催化剂为三氯化铁、三氯化铝、氯化锌或氯化镁中的任一种；路易斯酸催化剂的加入量为0.025～0.1mol/L；绝干木粉对乙醇溶液的用量比为1g...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆海龙，蒋剑春，王奎，徐俊明，李静，叶俊，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：