[发明专利]一种利用BminHSO4体系制备纤维素纳米晶体的方法

说明书

本发明公开了一种利用BminHSO₄体系制备纤维素纳米晶体的方法，将微晶纤维素在BminHSO₄离子液体中制备成纤维素纳米晶体。微晶纤维素经过BminHSO₄离子液体处理后，将其反应体系加入冷去离子水淬灭反应，然后超声与离心处理，得到的纤维素纳米晶体进行冷冻干燥，最终得到纤维素纳米晶体。本发明的制备方法所用的离子液体可回收利用，相对于传统的无机酸水解法，制备体系中不存在残存的酸，避免了酸对环境的污染，且无需大量的水来进行透析，是一种绿色化学的制备方法，产品结晶度高，性能优良。

技术领域

本发明涉及木质纤维素材料领域，特别涉及一种纤维素纳米晶体的制备方法。

背景技术

地球上的石油、煤炭等传统不可再生资源在日益枯竭，能源的可持续发展已经成为世界关注的重点。而纤维素是地球上最丰富的天然可再生资源之一，具有价廉、可生物降解和均质性等优势，已成为制浆造纸、纺织、高分子材料和医药等传统工业的重要原料。所以，如何高效的开发利用纤维素等可再生资源已成为当今世界可持续发展战略的重要难题。

在开发利用可再生能源纤维素方面，利用其制备的纤维素纳米晶体在聚合物基体中的纳米增强作用得到了世界的关注。纤维素纳米晶体的增强能力在于它们的高表面积和良好的机械性能。除此之外，其他性能如低密度，可生物降解性和可再生资源的可用性。人们对这些纳米纤维素材料的兴趣越来越大。

生产纤维素纳米晶体的制备方法有酸解、酶解和氧化三大类方法，其中最常用的方法是酸解，硫酸、盐酸和氢溴酸通常用于水解纤维素。限制使用纤维素纳米晶体作为纳米增强剂的主要缺点是使用有毒的浓酸，纳米颗粒与酸性溶液的分离耗时且乏味，有一定的危险性，需要耐腐蚀的反应器，且酸水解过程中产生的酸废水对环境产生污染。这些缺点成为发现生产纤维素纳米晶体的更有效技术的强大驱动力。

离子液体作为一种新型溶剂，对复杂结构的高聚物表现出很强的溶解能力，这为包含纤维素、木质纤维素等在内的生物质资源的高效降解、改性、分离和加工提供了一条新的途径。离子液体是指在30-100℃呈液态且由有机阳离子和有机或无机阴离子构成的物质，又称室温离子液体。作为熔点高于100℃的有机盐的离子液体由于其具有吸引人的性质如化学和热稳定性，不可燃性，不可估量的低蒸汽压和可设计的特性以满足特定用途，由于这些独特性能，离子液体被广泛应用于有机物的萃取与分离、有机合成及电化学等领域，被认为是代替易挥发分子溶剂的绿色溶剂，其应用研究在世界范围内受到广泛关注。所以，使用离子液体制备纤维素纳米晶体的方式为纤维素的高效开发利用提供了新的思路。但是目前公开的采用离子液体制备纤维素纳米晶体的结晶度较低，如李艳峰，采用离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯再生甘蔗渣纤维素纤维，结晶度为28.29％；专利CN 106283782 B公开用氨基酸离子液体制备纳米纤维素，其制备得到固态的纳米纤维素在85％左右。因此，亟待开发一种新的纤维素纳米晶体制备方法，使纳米纤维素产品结晶度高，性能优良。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明提供了一种新的比较绿色的纤维素纳米晶体制备方法，采用BminHSO₄离子液体，其中文名称为：1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐，将微晶纤维素在BminHSO₄体系中处理，再通过超声与离心处理来制备纤维素纳米晶体，获得的产品结晶度高，性能优良。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种在BminHSO₄体系中制备纤维素纳米晶体的方法，包括如下步骤：

(1)烘箱干燥：将微晶纤维素烘箱干燥；

(2)水解处理：将纯度为95％的1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐在水浴中微热处理，然后加入上述干燥后的微晶纤维素，得到混合溶液，其中微晶纤维素在混合溶液中的质量分数为10-15％；