一種利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法，該方法以蒜皮為原料，步驟如下：1）碳酸鈉溶液中浸漬溶脹；2）堿液蒸煮脫膠；3）多糖提取；4）漂白處理；5）砂磨處理；6）酸化水解；7）洗滌透析/冷凍干燥等過程。蒜皮原料經組分分離及轉化后，制成具有一定濃度的納米纖維素分散液，分散液經過冷凍干燥去除水份后制得納米纖維素晶須。本發明制得的納米纖維素晶須呈針狀，呈良好的分散性，并且長徑比很高，直徑為20nm~30nm，長度為300nm~2μm。本發明以蒜皮為原料，去除果膠等雜質成分，制得的納米纖維素晶須經功能化復合后在光學、電學、磁學、生物學及半導體等領域具有廣泛的應用價值。
【專利說明】一種利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種納米纖維素的制備方法，特別是一種利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，天然氣、煤、石油等不可再生能源都面臨緊缺。伴隨著經濟的快速發展，對能源的巨大需求正在對世界經濟產生巨大的影響。在出口增長的同時，高耗能高污染的發展模式也日益成為人們擔憂的主題。為了解決這個問題，必須要加大新能源的開發和使用力度，這樣才能在滿足循環經濟的發展前提下，更好的進行環境保護。
[0003]纖維素是自然界中最豐富的天然高分子聚合物之一，是植物纖維原料主要的化學成分，也是用于紙漿和造紙最主要、最基本的組分，作為自然界生物儲量最大、生物相容性卓越、前景極好的可再生資源，具有很大的應用潛力。納米纖維素是直徑小于100 nm的超微細纖維，也是纖維素的最小物理結構單元，納米纖維素具有許多優良特性，如高結晶度、高純度、高楊氏模量、高強度、高親水性、超精細結構和高透明性等，能明顯改變材料的光學、電學、磁學、流變 性能、絕緣性和超導性，并且具有天然纖維素輕質、可降解、生物相容及可再生等特性，其在造紙、建筑、汽車、食品、化妝品、電子產品、醫學等領域有巨大的潛在應用前景。
[0004]我國的大蒜產量很高，常年的種植面積為20.0-26.7萬公頃，產量為400萬噸，居世界首位，約占世界總產量的1/4。日常生活中蒜皮一般以生活垃圾或進行焚燒的形式處理，無法做到資源的再利用，同時也一定程度地加劇了溫室效應的影響。蒜皮的主要成分為果膠和纖維素。與從木質纖維、秸桿等物質提取纖維素相比而言，利用蒜皮提取纖維素避免了脫木素的過程，這不僅節省了反應原料，也在一定程度上也減少了污染所帶來的環境影響。
[0005]目前制備納米纖維素的方法中還沒有利用蒜皮直接制備的，而且現有技術在針對這種膠質含量多的植物纖維的分離存在難以攻克的難題，且制備長徑比高的納米纖維素多由人工培養的醋酸桿菌纖維制得，工藝繁瑣，耗時耗力，限制了高長徑比納米纖維素晶須的復合應用和發展。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種利用蒜皮制備納米纖維素的方法。
[0007]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種利用蒜皮制備納米纖維素的方法，其特征在于該方法的具體步驟為:
a.高壓溶脹:將f 5 g蒜皮置入高壓釜中，加入5(T300 g質量百分比濃度為2~4 wt%的Na2CO3水溶液，將高壓釜置于溫度為100-120 1:的烘箱中120 min，過濾取濾渣洗滌抽干至中性；b.蒸煮脫膠:將步驟a所得濾渣加入5(Tl50g質量百分比濃度為2~5 wt%的NaOH水溶液除膠，在溫度為11(T125 °C的油浴中蒸煮2~4 h，過濾取濾渣洗滌抽干至中性；
c.多糖提取:將步驟b所得濾渣采用300~500mL質量百分比濃度為2wt% H2SO4溶液在90 °C下攪拌2~3h去除酸溶性多糖和多酚類有機物，過濾取濾渣洗滌抽干至中性；
d.漂白處理:將步驟c所得濾渣進行漂白處理，經H2O2和NaClO2溶液依次漂白一段時間后，過濾取濾渣洗滌抽干至中性；
e.砂磨處理:將步驟d所得濾渣加入砂磨罐中，高轉速下濕磨后再超聲分散廣2h，所得分散液于真空烘箱中真空干燥；
f.酸化水解:將步驟e所得樣品加入質量百分比濃度為45飛Owt%硫酸，酸和樣品的質量比為9~10，在溫度為45飛5 °C下水解2~8 h，然后加入大量去離子水稀釋以終止反應；
g.洗滌透析/冷凍干燥:將步驟f所得水解產物用去離子水離心洗滌，采用透析膜透析至中性，懸浮液水浴中超聲30min，過濾去除聚集物；將得到的納米纖維素晶須膠體溶液液氮冷凍，在冷凍干燥機中除水可制得納米纖維素晶須。
[0008]上述的漂白處理過程:將提取多糖的產物加入400 mL質量百分比為5wt% H2O2溶液中，用NaOH調pH值到11.5，油浴45°C攪拌反應5~8 h，然后冷卻至室溫，再采用300 mL質量百分比為1.4wt%酸化NaClO2溶液繼續漂白，用CH3COOH調pH至3.0-4.0，在溫度70~90 °C條件下漂白2~4 h。
[0009]上述的砂磨處理條件:砂磨機中加入經步驟d處理的樣品5 g，水200 mL，直徑為3 μ m的鋯珠質量60(T800g，在200(T3500r/min的轉速下砂磨I~2 h。
[0010]本發明蒜皮納米纖維素的制備方法有以下優點:
(1)利用本發明方法可以合理高效利用生活垃圾蒜皮，避免對生態環境的影響和危害的同時，產生經濟效益；
(2)利用本發明方法制得的納米纖維素晶須成針狀，直徑20nnT30nm，長度300ηm~2 μ m,長徑比高，比表面積大，具有機械性能高、生物相容性好、復合活性高的優點；
(3)解決了現有技術難以利用植物制備高長徑比、高機械強度納米纖維素晶須的問
題；
(4)工藝簡單、易于實施，能量消耗少、生產成本低，制備過程中不產生對環境有害副產物，產率較高；
(5)所得納米纖維素晶須可均勻分散于水、乙醇等多種溶劑，經功能化復合在光學、電學、磁學、生物學及半導體等領域具有廣泛的應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是具體實施例一制備的蒜皮納米纖維素的透射電子顯微鏡照片；
圖2是具體實施例二制備的蒜皮納米纖維素的透射電子顯微鏡照片；
圖3是具體實施例三制備的蒜皮納米纖維素的透射電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0012]下面結合實施例對本發明進行詳細說明:
實施例一:具體步驟如下:(I)高壓溶脹:將2g蒜皮置入高壓釜中，加入100g質量百分比濃度為2wt%的Na2CO3水溶液，將高壓釜置于溫度為120 1:的烘箱中120 min，將混合物抽濾/洗滌；(2)蒸煮脫膠:將經溶脹抽濾的產物置入反應容器中，加入100g質量百分比濃度為4 wt%的NaOH水溶液，在溫度為120 °C油浴中反應4 h，將混合物抽濾/洗滌；(3)多糖提取:將脫膠的產物纖維置入400 mL質量分數為2%的H2SO4A溶液中，在溫度為90 1:油浴中攪拌反應2 h，再次抽濾/洗滌；(4)漂白處理:將已提取多糖的產物加入400 mL 5wt% H2O2溶液中，用NaOH調pH值到11.5，油浴45 1:攪拌反應6 h，然后冷卻至室溫，采用300 mL 1.4wt%酸化NaClO2溶液繼續漂白，用CH3COOH調pH至3.0-4.0，油浴80 °〇攪拌漂白2 h ;(5)砂磨處理:將漂白后的產物置于砂磨機中，加入水200 mL，直徑為3μπι的鋯珠質量60(T800g，在2500 r/min的轉速下砂磨I h，所得產物置于真空烘箱中真空干燥；(6)酸化水解:將真空干燥得到的樣品加入質量百分比濃度為50 wt%硫酸，酸和樣品的質量比為10，在溫度為50 °C的油浴水解5 h ; (7)洗滌透析/冷凍干燥:將所得水解產物用去離子水離心洗滌，采用透析膜透析至中性，懸浮液水浴中超聲30min，過濾去除聚集物。將得到的納米纖維素膠體溶液液氮冷凍，在冷凍干燥機中除水可制得納米纖維素。
[0013]本實施方 式制備的蒜皮納米纖維素晶須的透射電子顯微鏡照片如圖1所示，從圖可以看出，蒜皮納米纖維素晶須呈針狀，直徑為20 ηml30 nm,長度為300 ηml2 μ m。
[0014]實施例二:具體步驟如下:
(I)蒸煮篩選:將4 g蒜皮置入高壓釜中，加入200 g質量百分比濃度為2被％的Na2CO3水溶液，將高壓釜置于溫度為120 1:的烘箱中120 min，將混合物抽濾/洗滌；(2)蒸煮脫膠:將經溶脹抽濾的產物置入反應容器中，加入200g質量百分比濃度為5 wt%的NaOH水溶液，在溫度為120 °C油浴中反應4 h，將混合物抽濾/洗滌；(3)多糖提取:將脫膠的產物纖維置入600 mL質量分數為2%的H2SO4A溶液中，在溫度為90 1:油浴中攪拌反應2h，再次抽濾/洗滌；(4)漂白處理:將已提取多糖的產物加入400 mL 5wt% H2O2溶液中，用NaOH調pH值到11.5，油浴45 1:攪拌反應6 h，然后冷卻至室溫，采用300 mL 1.4wt%酸化NaClO2液繼續漂白，用CHfOOH調pH至3.0-4.0，油浴80 °C條件下漂白2 h;(5)砂磨處理:將漂白后的產物置于砂磨機中，加入水200 mL，直徑為3μπι的鋯珠質量60(T800g，在2500 r/min的轉速下砂磨I h，所得產物置于真空干燥機中真空干燥；(6)酸化水解:將真空干燥得到的樣品加入質量百分比濃度為50 wt%硫酸，酸和樣品的質量比為10，在溫度為50 °C的油浴水解5 h ; (7)洗滌透析/冷凍干燥:將所得水解產物用去離子水離心洗滌，采用透析膜透析至中性，懸浮液水浴中超聲30min，過濾去除大片聚集物。將得到的納米纖維素膠體溶液液氮冷凍，在冷凍干燥機中除水可制得納米纖維素。
[0015]本實施方式制備的蒜皮納米纖維素晶須的透射電子顯微鏡照片如圖2所示，從圖中可以看出，蒜皮納米纖維素晶須呈針狀，直徑為20nnT30nm,長度為300ηml2 μ m。
[0016]實施例三:具體步驟如下:本實施例與實施例二基本相同，所不同的是:在硫酸溶液中攪拌水解8 h。
[0017]本實施方式制備的蒜皮納米纖維素的透射電子顯微鏡照片如圖3所示，由圖可以看出，蒜皮納米纖維素晶須呈針狀，直徑為20nnT30nm,長度為300ηml2 μ m。
[0018]熟悉本領域的技術人員可以容易的對這些實施實例做出各種修改，并把在此說明的一般性原理應用在其它應用實例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施實例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法，其特征在于該方法的具體步驟為: a.高壓溶脹:將廣5g蒜皮置入高壓釜中，加入5(T300 g質量百分比濃度為2~4 wt%的Na2CO3水溶液，將高壓釜置于溫度為100-120 1:的烘箱中120 min，過濾取濾渣洗滌抽干至中性； b.蒸煮脫膠:將步驟a所得濾渣加入5(Tl50g質量百分比濃度為2~5 wt%的NaOH水溶液除膠，在溫度為11(T125 °C的油浴中蒸煮2~4 h，過濾取濾渣洗滌抽干至中性； c.多糖提取:將步驟b所得濾渣采用300~500mL質量百分比濃度為2wt% H2SO4溶液在90 °C下攪拌2~3h去除酸溶性多糖和多酚類有機物，過濾取濾渣洗滌抽干至中性； d.漂白處理:將步驟c所得濾渣進行漂白處理，經H2O2和NaClO2溶液依次漂白一段時間后，過濾取濾渣洗滌抽干至中性； e.砂磨處理:將步驟d所得濾渣加入砂磨罐中，高轉速下濕磨后再超聲分散廣2h，所得分散液于真空烘箱中真空干燥； f.酸化水解:將步驟e所得樣品加入質量百分比濃度為45飛Owt%硫酸，酸和樣品的質量比為9~10，在溫度為45飛5 °C下水解2~8 h，然后加入大量去離子水稀釋以終止反應； g.洗滌透析/冷凍干燥:將步驟f所得水解產物用去離子水離心洗滌，采用透析膜透析至中性，懸浮液水浴中超聲30min，過濾去除聚集物；將得到的納米纖維素晶須膠體溶液液氮冷凍，在冷凍干燥機中除水可制得納米纖維素晶須。
2.根據權利要求1所述的利用蒜皮制備納米纖維素晶須的方法，其特征在于所述漂白處理過程:400 mL質量百分比濃度為5wt%的H2O2用NaOH調pH值到11.5，45°C攪拌5~8h，然后冷卻至室溫，采用300 mL質量百分比濃度為1.4wt%酸化NaClO2溶液繼續漂白，用CH3COOH調pH至3.0 - 4.0，在溫度為70~90 °C條件下漂白2~4 h。
3.根據權利要求1所述的蒜皮制備納米纖維素晶須的方法，其特征在于砂磨處理條件:砂磨機中加入經步驟d處理的樣品5 g，水200 mL,直徑為2~3 μ m的鋯珠60(T800g，在200(T3500r/min的轉速下砂磨I~2 h。
【文檔編號】D21C5/00GK103643577SQ201310610082
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】馮欣, 趙經鵬, 施利毅, 孟祥浩, 苗苗, 張淑平 申請人:上海大學