[发明专利]一种从油茶蒲中同时制备纤维素纳米晶体和纤维素纳米纤维的方法

说明书

本发明涉及一种从油茶蒲中同时制备纤维素纳米晶体和纤维素纳米纤维的方法，以油茶蒲为初始原料，首先经过碱洗、漂白得到粗纤维，用稀盐酸对粗纤维进行初步水解得到微晶纤维素，然后采用硫酸水解法对微晶纤维素进行酸解，水洗、高速离心后上层为纤维素纳米晶体悬浮液，下层进一步经过高压均质得到纤维素纳米纤维悬浮液。本发明利用纤维素交联程度差异同时制备出CNC和CNF，纤维素结晶区中的稀疏结构在硫酸作用下断裂成CNC，结晶区中结合紧密的部分经过酸解会发生溶胀，经较低压力下均质即可获得CNF。本方法有利于提高油茶蒲纳米纤维素的得率和降低过程的生产成本。

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维素的制备方法，更具体的，涉及一种从油茶蒲中同时制备纤维素纳米晶体和纤维素纳米纤维的方法。

背景技术

油茶(Camellia oleiferaAbel)，山茶科山茶属植物，是中国特有的一种纯天然高级油料，全国油茶籽年产量为200万吨左右，而油茶蒲作为油料加工过程中的副产物每年产量约400万吨。油茶蒲含有木质素、半纤维素、纤维素、茶皂素等多种化学成分，但目前大部分油茶蒲尚未被充分利用，大量堆积，极大地占用了土地，或者直接露天焚烧，从而造成大气环境污染。

油茶蒲中纤维素含量在17％～27％之间，纤维素是一种线性高分子聚合物，由结晶区和无定形区组成，无定形区中存在未形成氢键的羟基，分子间结合不牢固，容易被破坏，而结晶区分子链上的所有羟基均与分子内或分子外的羟基形成氢键，分子间排列紧密，难以被破坏。酸水解法能够破坏无定形区，水解结晶区得到纤维素纳米晶体(CNC)，但由于氢键作用强的部分结构紧密，氢键作用弱的部分结构较为稀疏，导致水解产物不均一或不完全，得到的纳米纤维素长度、宽度较大。

中国专利CN107419574B公开了一种利用油茶果壳制备纤维素纳米晶须的方法，采用草酸酸解法制备纤维素纳米晶须，草酸水解法所得的产品宽度在30～80nm之间，长径比较小，在8～15之间。而纤维素纳米纤维(CNF)通常采用机械法制备，例如高压均质、超声、球磨等，但机械法的能耗大，生产成本高。中国专利CN107190546B公开了一种利用油茶果壳制备高长径比的纳米纤丝纤维素的方法，采用TEMPO/NaClO/NaBr氧化纤维素，再进一步经过高压均质处理制得纳米纤丝纤维素，均质压力为20～30kpsi(约为138～207MPa)，所需的能耗较大，增加了生产成本。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种从油茶蒲中同时制备纤维素纳米晶体和纤维素纳米纤维的方法，通过硫酸水解法将纤维素结晶区稀疏的部分水解为纤维素纳米晶体(CNC)，高速离心分离，结合紧密的部分在酸中溶胀，较低压力下(30～100MPa)均质即可得到纤维素纳米纤维(CNF)，由此制备出两种不同大小、不同结构的纳米纤维素。本发明不仅易于实现、成本低、利用率高，而且能够同时制备出两种不同纳米纤维素。

本发明采用的技术方案为：

一种从油茶蒲中同时制备纤维素纳米晶体和纤维素纳米纤维的方法，以油茶蒲为初始原料，首先经过碱洗、漂白得到粗纤维，用稀盐酸对粗纤维进行初步水解得到微晶纤维素，然后采用硫酸水解法对微晶纤维素进行酸解，水洗、高速离心后上层为纤维素纳米晶体悬浮液，下层进一步经过高压均质得到纤维素纳米纤维悬浮液。

作为优选，所述的从油茶蒲中同时制备纤维素纳米晶体和纤维素纳米纤维的方法，具体步骤为：

S1.机械处理：油茶蒲清洗烘干后粉碎，过筛去除大颗粒及杂质；

S2.碱洗：取步骤S1所得的粉末，加入NaOH溶液，加热搅拌反应后去除半纤维素，水洗滤渣至中性并干燥；

S3.漂白：取步骤S2所得的滤渣，加入NaClO₂溶液，调节pH，加热反应后去除木质素，水洗滤渣至中性并干燥，得到油茶蒲粗纤维；

S4.初步水解：将步骤S3得到的粗纤维分散至稀盐酸溶液中，加热反应后过滤，滤渣水洗离心并干燥得到微晶纤维素；