一种尺寸均一、稳定性好的木质素纳米颗粒胶体分散液的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种尺寸均一、稳定性好的木质素纳米胶体分散液的制备方法及其应用，涉及纳米材料技术领域，选用水和四氢呋喃两种溶剂及其形成的共溶剂，通过逐步溶解的方式对木质素进行分级，再利用反溶剂沉淀的方式得到不同形貌和粒径的木质素纳米粒子，最后筛选出最优形貌/尺寸的木质素纳米粒子制备具有优良稳定性的Pickering乳液。本发明专利技术利用更少的有机溶剂，同时实现木质素的分级和纳米粒子的制备，与其他分级方法相比，避免了分级后木质素干燥再溶解的过程，优化了操作流程。木质素分级过程中避免使用了大量的有机溶剂，减少了对人体和环境的危害。本发明专利技术解决了现有技术中木质素纳米颗粒制备方法复杂、溶剂使用量大、粒径尺寸不均一等问题。寸不均一等问题。寸不均一等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种尺寸均一、稳定性好的木质素纳米颗粒胶体分散液的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，具体来说，涉及一种尺寸均一、稳定性好的木质素纳米颗粒的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近几年来，随着纳米科学技术的发展，木质素纳米化可以有效克服其结构本身固有的异质性，分散性差和粒径大等缺点，为木质素资源的开发利用提供了新途径。相比于木质素大分子而言，纳米级木质素具有超高的反应活性，较大的比表面积、超高的表面能和表面张力，木质素纳米粒子的粒径可控，结构均一，水分散性好，具有丰富官能团和较强的反应活性。
[0003]目前，木质素纳米粒子的常用制备方法主要有酸沉法，溶剂交换法，机械法和界面聚合法等。酸沉法是通过不断降低木质素溶液的pH值，木质素逐渐沉淀形成木质素粒子，此方法简单易操作，但得到粒子尺寸不均一，无法控制形貌，而且纯度较低。机械法通过外部施加机械剪切作用，使大颗粒变成更小级别的颗粒，该方法是一种绿色环保的制备方法，但是能耗较高，得到的木质素粒子的结构和尺寸不稳定。界面聚合法是在两种互不相溶的界面上发生的聚合或者交联的反应，该种方法是制备木质素纳米胶囊的常用的方法，但是过程中涉及到的反应较为复杂，所用到的化学品较多。溶剂交换法是目前制备球型木质素纳米粒子最常用的方法，该法利用木质素在良溶剂(一般为THF和丙酮)和反溶剂(一般为水)中的溶解度不同，先将木质素溶解于有机溶剂中，然后在一定条件下将该溶液通入到反溶剂中，通过在反溶剂中的聚集得到木质素纳米粒子，这种方法制备出来的木质素纳米粒子呈现规则球型，稳定性高，而且操作简单，条件温和。
[0004]然而，在溶剂交换法制备木质素纳米粒子的过程中，常忽略了木质素结构本身的差异性，木质素在THF中并不能完全溶解且溶解部分的木质素是分子量比较低的部分，导致制备出的木质素纳米粒子存在得率较低，粒径分布较广，形貌差异较大等缺点。虽然最新的研究中先利用有机溶剂对木质素分级再进行反溶剂制备纳米粒子的方法对对粒子的均一性有所改善，但是逐步分级的方法使纳米化过程变得尤为复杂，而且过程涉及到的溶剂越多，各组分的得率越低，不能有效且高效的利用各个组分；有机溶剂的使用量较多，不仅对环境和人体有害，而且依然面临着木质素在良溶剂中溶解度不高的问题。
[0005]近些年对于木质素在Pickering乳液中的应用成为了国内外研究的焦点问题。但由于木质素的粒径、形貌、润湿性、稳定性等因素对Pickering乳液稳定性的影响并不明确，很难制备性能稳定的Pickering乳液，因此，开发一种能够制备性能稳定的木质素粒子稳定的Pickering乳液具有尤其重要的意义。

技术实现思路

[0006]技术问题：为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的在于：提供一种尺寸均
一、稳定性好的木质素纳米颗粒胶体分散液的制备方法。
[0007]本专利技术的另一个目的在于：提供一种制备性能稳定的Pickering乳液的方法。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种尺寸均一、稳定性好的木质素纳米颗粒胶体分散液的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)将硫酸盐木质素溶解在水中，控制硫酸盐木质素与水的固液比为1∶20
‑
1∶80，超声处理30
‑
80min，使硫酸盐木质素充分溶解后进行离心分离(离心分离的转速为8000
‑
10000rpm，离心10
‑
30min)，得到上清液1和沉淀1，此时上清液溶解的为最亲水的硫酸盐木质素；
[0010](2)将上清液1加热蒸发，得到浓度为0.1％
‑
1％木质素分散液；
[0011](3)将步骤(1)中的沉淀1完全干燥后溶解在THF中，固液比为1∶20
‑
1∶80，超声处理30
‑
80min，使沉淀1充分溶解后，进行离心分离(离心分离的转速为8000
‑
10000rpm，离心10
‑
30min)，得上清液2和沉淀2，此时上清液溶解的为最疏水的硫酸盐木质素，该部分木质素不利于制备性能稳定的Pickering乳液；
[0012](4)将步骤(3)中的上清液2浓缩至其浓度为1
‑
50mg/ml，之后加入4倍体积的水，边加入边搅拌，持续磁力搅拌并自然挥发24
‑
48h后，加热蒸发残余的THF和部分水分，得到浓度为0.1％
‑
1％木质素纳米粒子胶体分散液；
[0013](5)将步骤(3)的沉淀2完全干燥后溶解THF/水(vTHF/v水＝7/3)混合溶剂中，固液比为1∶20
‑
1∶80，超声处理30
‑
80min，完全溶解后进行离心分离(离心分离的转速为8000
‑
10000rpm，离心10
‑
30min)，得到完全溶解的溶液3；
[0014](6)将步骤(5)的溶液3浓缩至其浓度为1
‑
50mg/ml，之后瞬间加入到4倍体积的水中，边加入边搅拌，持续磁力搅拌并自然挥发24
‑
48h后加热蒸发残余的THF和部分水分，得到浓度为0.1％
‑
1％木质素纳米粒子胶体分散液；
[0015]优选地，步骤(2)、步骤(4)和步骤(6)中采用的是旋转蒸发，蒸发温度为30
‑
80℃。
[0016]本专利技术还提供了一种制备性能稳定的Pickering乳液的方法，包括如下步骤：
[0017](7)利用上述步骤(1)
‑
(6)中得到的木质素纳米粒子胶体分散液和油相以一定体积比混合，经乳化设备乳化，制得不同分级木质素粒子稳定性的Pickering乳液。
[0018]进一步地，木质素纳米粒子胶体分散液和油相的体积比为1∶(1
‑
3)。
[0019]进一步地，所采用的油相为葵花籽油、石蜡、甲苯、食用油、环己烷和三氯甲烷中的一种。
[0020]进一步地，所述乳化设备为高速剪切乳化机，乳化转速为12000
‑
16000rpm，乳化时间为1
‑
10min。
[0021]木质素粒子稳定的Pickering乳液，影响Pickering乳液稳定性的关键性因素是木质素粒子的尺寸和表面亲疏水特性。木质素是一种分子结构较为复杂的高分子聚合物，表面化学官能团的多样性和分子量的广泛性导致木质素对不同溶剂的亲和力也有很大差别。利用纳米沉淀的方法制备纳米颗粒，疏水作用是最主要的驱动力之一，而且木质素的分子量越大，得到的木质素纳米粒子的尺寸越小。从此原理出发，选择水和四氢呋喃两种溶剂，通过逐步溶解的方法将木质素全组分中的最亲水(组分F1)和最疏水(组分F2)的部分分离出去，在降低木质素异质性的同时得到具有中间亲疏水特性的、高分子量和窄分布的木质素组分(组分F3)。以水作为反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种尺寸均一、稳定性好的木质素纳米颗粒胶体分散液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将硫酸盐木质素溶解在水中，超声处理，充分溶解后在转速8000
‑
10000rpm，离心分离10
‑
30min，得到上清液1和沉淀1；(2)将上清液1加热蒸发，得到0.1％
‑
1％最亲水的木质素分散液F1；(3)将步骤(1)中的沉淀1完全干燥后溶解在THF中，超声溶解后，在转速8000
‑
10000rpm，离心分离10
‑
30min，得上清液2和沉淀2；(4)将步骤(3)中的上清液2浓缩后加入四倍体积的水，边加入边搅拌，且在磁力搅拌作用下自然挥发，随后加热蒸发残余的THF和部分水分，得到浓度为0.1％
‑
1％木质素纳米粒子胶体分散液F2；(5)将步骤(3)的沉淀2完全干燥后溶解THF/水(vTHF/v水＝7/3)混合溶剂中，超声溶解后，在转速8000
‑
10000rpm，离心分离10
‑
30min，得到完全溶解的溶液3；(6)将步骤(5)的溶液3浓缩后加入到四倍体积的水中，边加入边搅拌，磁力搅拌作用下自然挥发，随后加热蒸发残余的THF和部分水分，得到浓度为0.1％
‑
1％质素纳米粒子胶体分散液F3。2.按照权利要求1所述的一种尺寸均一、稳定性好的木质素纳米颗粒胶体分散液的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、步骤(3)和步骤(5)中的固液比为1∶20
‑
1∶80。3.按照权利要求1所述的一种尺寸均一、稳定性好的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋君龙，田静，郭家奇，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：