:低強度超聲波輔助氨基酸離子液體制備納米纖維素

發布日期:2019-05-28   來源:漿紙技術

爱彩乐彩网址 www.isxjr.icu 納米纖維素( NCC )是至少一維尺寸達到1——100nm,并可以在水中分散形成穩定懸浮液的纖維素晶體。NCC是一種可再生的納米材料,是目前研究的前沿和熱點。它擁有一些優越的性能,如特有的光學性質、流變性能和機械性能等,以及具有生物材料的輕質、可降解、生物相容性及可再生等特性,使其具有廣泛的應用價值,可以作為納米復合材料中的增強材料,以及用于生物醫藥、造紙包裝﹑食品添加劑、電子器件等諸多領域。

目前制備NCC的方法整體上可分為物理機械法、化學法和生物法,但均存在著一些缺點,如物理機械法能耗較高、化學法成本高、生物法耗時長等,都將制約著NCC進一步的發展。在此,提供一種低強度超聲波輔助氨基酸離子液體制備納米纖維素的方法。

原理:

氨基酸離子液體是一種性能優異、安全環保的綠色溶劑,具有化學穩定性、熱穩定性、不燃性及極低蒸汽壓的優點,能回收和重復使用,并且在溶解和分離木質纖維素方面擁有很好的作用效果。在低強度超聲波輔助過程中,超聲波的空化作用會形成機械振動能量和振動波,更有利于促進纖維內部發生細纖維化,在這種條件下,玉米秸稈中的纖維鏈間氫鍵破壞,逐步將生物質纖維分解成納米纖絲化纖維。利用農業廢棄物玉米秸稈作為初始原料,能降低成本,且整個制備過程綠色環保,制得的納米纖維素粒徑均一、性能優良、得率高,可將其應用于柔性電子顯示屏領域。

操作步驟:

(1)氨基酸離子液體的預處理:將粉碎后的玉米秸稈(尺寸優選為30——60目)與氨基酸離子液體(優選為甘氨酸離子液體、賴氨酸離子液體或丙氨酸離子液體)在60——100℃的溫度下均勻混合(即粉碎后的玉米秸稈與氨基酸離子液體的質量比例為1——8:100),處理1.0——5.0h后得到混合物。

(2)超聲處理:將得到的固液混合物放在超聲水浴儀中進行超聲處理。超聲處理的條件為:功率50——200W,溫度控制在25——35℃,處理時間10——40min。

(3)后處理:將超聲處理后的混合物進行離心分離(轉速為3000——10000r/min,離心時間10——30min)、干燥處理(冷凍干燥處理的條件為:溫度為-60——-30℃,時間為12——36h),得到固態的納米纖維素。納米纖維素的性能指標:得率為21.63%——36.07%;直徑為14——284 nm;長度為79——1286nm。

對于NCC而言,結晶度越高,熱穩定性越好。現有市場上購買的NCC的結晶度一般在70%——75%左右。NCC結晶度的提高是比較困難,不僅要考慮得率,還要兼顧尺寸方面的要求,另外制備過程還要考慮成本等相關問題。通常,一般得率增加,結晶度呈現增加的趨勢,直徑和長度會呈現下降的趨勢,這是因為纖維素降解過程的實質就是去掉無定形區,保留結晶區的過程。得率越高,結晶區保留的就越多,無定形區去掉的就多,結晶度相對越高;與此同時,纖維長度就變短。采用“低強度超聲波輔助氨基酸離子液體”結合法,能解決單一的氨基酸離子液體制備的NCC結晶度不高﹑熱穩定性較差等問題,能提高NCC的產品質量。

有益效果:

(1)采用農業廢棄物玉米秸稈作為初始原料,具有原料來源豐富、成本低的特點,符合國家廢棄物循環利用及可持續發展戰略。

(2)超聲波沒有選擇性,采用低強度超聲波,是一種綠色環保的物理手段。超聲強度過高,會同時去掉纖維素分子鏈中的結晶區和無定型區,導致得到的NCC結晶度降低。采用低強度的超聲波,是一種很溫和的超聲環境,有利于促進纖維素中的無定形區降解而保留結晶區。

(3)采用的氨基酸離子液體是一種綠色溶劑,不但化學穩定性好、能回收利用、無毒,還具有優良的生物溶解性、預處理溫度低、高效快速的特性,因此符合綠色節能的理念。

(4)采用的“低強度超聲波輔助氨基酸離子液體”結合法,能解決單一的氨基酸離子液體制備的NCC結晶度不高﹑熱穩定性較差等問題,能提高NCC的產品質量。

(5)制備納米纖維素的設備和操作簡單,適宜于規?;拇笊?。

責任編輯:葛鴻燕

校對:葛鴻燕


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