[发明专利]一种超薄木质纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能性生物质膜开发领域，主要涉及一种超薄木质纤维膜的制备方法。

背景技术

以木质纤维素为原料，经过生物转化制备生物质材料、化学品和生物质燃料等生物质制品成为国内外研究的热门，通过酶水解将木质纤维原料中多糖转化为低聚糖或单糖是生物转化的关键技术。由于木质纤维原料结构的复杂性和化学成分的不同，以及其与纤维素酶体系的复杂性，早期的研究主要集中在经过一定预处理的底物在酶水解过程中总糖得率的变化，但这些方法不能直接地检测酶水解过程中的动力学，尤其是在酶水解反应的最初阶段。石英晶体微天平(QCM)是非常灵敏的质量检测仪器，其测量精度可达纳克级，通过涂覆木质纤维膜的QCM传感器可原位、实时检测底物与纤维素酶之间的结合和催化反应。

在QCM芯片上涂敷超薄木质纤维膜，是应用QCM直接研究木质纤维素上酶蛋白吸附及酶水解的关键技术。制备超薄膜最常用的方法是Langmuir-Blodgett(LB)和旋涂法。木质素薄膜、纤维素薄膜、木质素和纤维素双组份薄膜已被开发制备。Schaub等采用LB法将TMSC固着在QCM硅片上，去衍生化后即得到纤维素薄膜；Hoeger等采用旋涂法将TMSC和乙酰化木质素固着在QCM金片上，去衍生化后即得到纤维素和木质素双组分薄膜。但是这些薄膜是以衍生化的木质素和纤维素为原料通过溶解旋涂后去衍生化而制得，其与木质纤维原料原本结构存在很大差异。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明将经过球磨的木质纤维原料直接溶于LiCl/DMSO体系，通过旋涂法将其沉积在QCM传感器金芯片上，从而制备出可用于检测木质纤维原料酶水解特性的新型功能性生物质膜。

本发明所采用的技术方案是：一种超薄木质纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)取一定量的木质纤维素原料，采用微型植物粉碎机粉碎成粉料；

(2)用标准筛筛选，得到较均匀的木质纤维粉料，经苯-乙醇抽提脱脂处理，真空干燥后采用行星式球磨机对粉料进行球磨；

(3)将木质纤维粉料溶于质量分数为8％的LiCl/DMSO溶液体系中，室温下磁力搅拌2-48h后，得到澄清透亮的木质纤维溶液；

(4)配制一定浓度的木质纤维溶液，用微量进样器吸取100μL木质纤维溶液，逐滴滴加在QCM传感器金电极表面，待溶液扩散在整个表面时，旋涂制得液膜；

(5)待液膜自然干燥后在超纯水中浸泡洗涤木质纤维溶剂、真空干燥后得到可用于检测木质纤维原料酶水解特性的超薄木质纤维膜。

本发明专利提供的方法工艺方法中，步骤(1)中所述的木质纤维原料包含有木材、木屑、秸秆、芦苇、稻壳、玉米芯、花生壳和甘蔗渣等一切木质纤维类生物质。

本发明专利提供的方法工艺方法中，步骤(2)中所述的标准筛为40～80目，筛选后得到较均匀的木质纤维粉料。

本发明专利提供的方法工艺方法中，步骤(2)中所述的球磨时间为1～4h，球磨转速为300～1200r/min。

本发明专利提供的方法工艺方法中，步骤(4)中所述的配制的木质纤维溶液浓度为0.1～2％。

本发明专利提供的方法工艺方法中，步骤(4)中所述的旋涂条件为在2000～5000r/min的转速下旋转20～60s，重复1～4次。

本发明专利提供的方法工艺方法中，步骤(5)中所述的旋涂液膜在室内自然干燥2～3天后即可固着在QCM传感器金电极表面，将其置于超纯水中，每隔2h换一次水，直至将LiCl和DMSO完全去除(用0.1mol/LAgNO₃水溶液检测无Cl^-)，最后在40～60℃下真空干燥。

本发明有益效果是：

1.本发明所提供的木质纤维素溶解方法使用微型植物粉碎机和行星式球磨机对木质纤维素进行粉碎和球磨预处理，采用LiCl和DMSO混合液作为溶剂可以在不改变木质纤维原料原有结构的基础上使其增加了溶剂对木质纤维素的可及度，提高了溶解效率。

2、由于本发明使用的木质纤维原料属于环保型绿色天然材料，安全无毒且可完全生物降解，既不会对制备的生物质复合膜产生毒性，也不会对设备产生腐蚀、给环境带来污染，还可降低原料成本。

3、由于本发明使用的球磨、粉碎设备简单常见，不需要添加贵重设备，因此可低成本地实现功能性木质纤维复合膜制备工艺。

4、本发明提供的检测木质纤维原料酶水解特性的复合膜制备方法简单，工艺容易控制且生产成本低。