[发明专利]一种玉米秆纳米纤维素晶须及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种玉米秆纳米纤维素晶须及其制备方法与应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对资源和能源的消耗也越来越大，导致资源短缺和能源危机的加剧，人们在寻找解决问题办法的过程中，生物质能源的开发和利用越来越引起人们的关注。在自然界中，纤维素是由植物通过光合作用合成的高分子物质，全球每年产量高达几亿吨，是一种来源丰富的、价格低廉的天然有机高分子材料，玉米秸秆中存在着丰富的纤维素。但天然纤维素在物理形态和化学性能存在某些缺陷，如强度低、热解性能差、不耐腐蚀等。纳米纤维素具有独特的物理、化学性质，如尺寸小、比表面积大和结晶度高等，在造纸、食品、化妆品和生物医学领域具有巨大的潜在应用价值。

玉米秸秆主要由植物细胞壁构成，基本成分是植物纤维化学中的“三大素”，即纤维素、半纤维素和木素，其中，纤维素含量约为37.3％，半纤维素约为20.6％，木素约为17.5％，灰分约为6.1％，其他约为18.5％。

纤维素是植物纤维原料细胞壁中最主要的化学成分，失水葡萄糖(即D-吡喃式葡萄糖基)是它的基本结构单元。纤维素是由失水葡萄糖通过1,4-苷键交替相连而形成的线状化合物。天然存在的纤维素是由8000～10000个β-D-吡喃式葡萄糖单体以β-1,4-糖苷键联接而成的长链化合物，并且其相对分子质量Mr极大，属于线性高分子化合物。纤维素分子链组成原细纤维，原细纤维组成微细纤维，微细纤维组成细纤维。

纳米纤维素的应用很广，如将纳米纤维植入织物表面，可形成一层稳定的气体薄膜，制成双疏性界面织物，既可防水，又可防油、防污；用微/纳米纤维制成的高级防护服，其织物多孔且有膜，不仅能使空气透过，具可呼吸性，还能挡风和过滤微细粒子，对气溶胶有阻挡性，可防生化武器及有毒物质。此外，纳米纤维还可用于化工、医药等产品的提纯、过滤等，具有巨大的潜在应用价值。但是基于纳米纤维素制备工艺条件及对环境影响的限制，纳米纤维素的制备还没有真正意义上的实现生产扩大化，目前生产的产品不能满足科研和生产的需要，因此，简化生产工艺仍将是未来研究的热点。

在已公开的发明中，也有相关纳米纤维素制备晶须的专利，但是还没有用玉米杆为原料制备纳米纤维素晶须。已有的发明专利制备过程中，大都是先经过化学药品的预处理，然后浓酸水解制备出纳米纤维素，例如，申请号为CN201310095395.3的《利用海带渣制备纳米纤维素晶须水溶胶的方法》专利申请中用1～2wt％的NaOH溶液预处理海带渣，然后用60～70wt％的硫酸溶液进行酸水解，制备出纳米纤维素水溶胶；申请号为CN201310610082.7的《一种利用蒜皮制备纳米纤维素晶须的方法》专利申请中用2～5wt％的NaOH溶液和2wt％硫酸溶液预处理原料，然后用45～55wt％的硫酸溶液进行酸水解2～8，制备出纳米纤维素。但是都经过化学药品的预处理，增加了预处理化学品用量和废液的处理难度，可能对环境保护不利；并且后续酸水解过程的酸浓较高，使生产成本增加，废液成分复杂，增加了处理难度，废水一旦处理不当，还有可能造成环境的污染。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种玉米秆纳米纤维素晶须。

本发明的另一目的在于提供由农业废弃物玉米秸秆制备纳米纤维素晶须的方法。

本发明的再一目的在于提供上述玉米秆纳米纤维素晶须的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种玉米秆纳米纤维素晶须，其分子链结构式如式(1)所示：

其中，n为葡萄糖基的数目，即为聚合度，所述玉米秆纳米纤维素的分子量为10000～30000，聚合度n为小于200的自然数。

所述玉米秆纳米纤维素晶须长度在直径为15nm～80nm，长度为100～700nm，长径比≧6。

一种玉米秆纳米纤维素晶须的制备方法，包括如下步骤：

(1)将玉米秸秆除髓、除节后剪切成2～3cm小段，筛选后平衡水分1周；

(2)将步骤(1)处理后的玉米秸秆用碱法蒸煮，制备玉米秆浆粕；

(3)对步骤(2)所得的玉米秆浆粕进行筛选，抽提，纯化，漂白；

(4)将步骤(3)漂白后的浆粕放于高温高压反应釜中预水解，温度250℃～300℃，压力1.3MPa～1.6MPa，时间为2h，完成预水解过程后收集浆粕；

(5)将步骤(4)预水解后的浆粕进行酸水解，制得悬浮液；

(6)将步骤(5)得到的悬浮液超声，离心，冷冻干燥，制得玉米秆纳米纤维素晶须。