[发明专利]表面纳米晶化的含纤维素生物质材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种表面纳米晶化的含纤维素生物质材料及其制备方法和应用，所述含纤维素生物质材料来源于天然植物或动物中含有纤维素成分的生物质材料中的一种或多种，所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料的表面存在纳米尺度的纤维素，并且所述纤维素结构中的部分羟基已经转化为羧基，以使得所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料具有高比表面、高表面活性和高结晶度，为生物质材料的进一步加工，提供了一种非常好的原料。

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，具体地涉及一种表面纳米晶化的含纤维素生物质材料及其制备的方法和用途。

背景技术

微纳结构调控已成为材料研究、开发领域的重要手段。通过微纳结构调控，改善了一系列传统材料的性能。例如，通过对陶瓷材料进行仿生片层结构调控，改善了其韧性；通过对金属材料的纳米孪晶结构进行调控，实现了抗疲劳等性能的巨大提升。

生物质作为地球上最丰富的可再生资源，有着广泛的应用。我国是农业大国，每年产生共计一万亿千克的生物质，其中由有七千亿千克的农业秸秆和3千亿千克的林木废材组成，这些废弃物的处理方法不是被废弃就是燃烧，前者造成环境污染，浪费大量土地堆积无用，而后者则更严重，如此庞大的数量经过燃烧后对于地球的气候造成了巨大的影响。生物质加工技术中，最主要的加工方式从生物质材料开始做进一步加工。然而，目前存在的一个问题是，直接粉碎得到的生物质材料存在反应活性差、比表面积小等问题，限制了生物质材料的加工和应用。

因此，发展简单高效的方法，实现对生物质材料表面反应活性及表面积提高，对生物质材料的加工具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高比表面、高表面活性、高结晶度的含纤维素生物质材料，为生物质材料的进一步加工提供了一种非常好的原料。同时，本发明的另一目的在于提高一种含纤维素生物质材料表面纳米晶化的方法。

为此，本发明提供如下的技术方案。

1.一种表面纳米晶化的含纤维素生物质材料，所述含纤维素生物质材料来源于天然植物或动物中含有纤维素成分的生物质材料中的一种或多种，所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料的表面存在暴露区域，并且在所述暴露区域中的纤维素为纳米尺度的纤维素，并且所述纳米尺度的纤维素中的部分羟基已经转化为羧基，以使得所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料具有以下各项性能中的至少一项：

i)所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料的比表面积至少为1.5m²/g，优选至少为10m²/g，更优选至少30m²/g；

ii)所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料的表面暴露的纳米晶化后的纤维素直径至少为1微米以下，优选至少500纳米以下，更优选至少100纳米以下。

iii).所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料中，纤维素的结晶度至少为65％，优选70％，更优选75％；

iv).所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料中，羧基占羟基与羧基总量的摩尔比至少为5％，优选地至少10％，更优选至少30％；

v)所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料在水中的粘度在溶液质量分数为6％情况下通过旋转粘度计法在约25℃测量为大于40mPa·s，优选60mPa·s，更优选80mPa·s；

vi)所述表面纳米晶化的含纤维素生物质材料的水溶液的沉降时间至少大于200分钟，优选至少大于500分钟，更优选至少大于800分钟。

2.根据1所述的表面纳米晶化的含纤维素生物质材料，其中所述表面纳米晶化后的表面暴露的纤维素的纤维长度在0.1-5微米的范围内。

3.根据1所述的表面纳米晶化的含纤维素生物质材料，其中所述含纤维素生物质材料的纤维素含量为10～90％，优选为20～70％，优选为30～50％。