[发明专利]一种纳米纤维素的环保制备和药液回收方法

说明书

本发明是一种纳米纤维素的环保制备和药液回收方法，它包括如下操作步骤：将植物纤维原料、冰醋酸(17.5mol/L)、质量浓度为30％的双氧水混合，在60℃条件下低温浸泡24‑150小时，停止加热终止反应，静置使原料沉底，回收上层溶液，用去离子水过滤洗涤下层沉淀物，直至滤液pH呈弱酸性，沉淀部分通过低功率超声波细胞粉碎仪处理，得到均一的纳米纤维素；往回收的上层溶液中加入无水硫酸铜粉末，直至所有水与硫酸铜发生水合生成五水硫酸铜晶体，过滤分离五水硫酸铜和冰醋酸实现循环利用。本发明所用化学产品种类少，除廉价易得之外还能高效绿色回收再次使用。

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维素的环保制备和药液回收方法，属于新型纳米材料领域和环保领域。

技术背景

纳米纤维素是指从纤维原料中分离出的至少有一维在纳米尺度范围内的纤维素材料。它不仅具有天然纤维素无毒、再生、可降解的性质，还具有纳米材料的典型特质，比表面积大、高亲水性、高透明性、高强度、高杨氏模量、低热膨胀系数等优点，可广泛应用于可降解塑料增强剂、流变调节剂、增稠剂等诸多领域。

目前，纳米纤维素分为棒状、球状、片状以及纤丝状。采用无机强酸的混酸处理微晶纤维素，经多次纯化处理后，可以得到纤维素纳米球(Langmuir，2008，24：5-8)；采用盐酸和硫酸混合水解木材，可以制备得到棒状纤维素纳米晶体(Ind.Eng.Chem.Res.，1947，39：1507-1512)；采用微射流等处理技术对预处理的木浆进行机械处理，可以得带纤丝状的纤维素纳米纤丝(Bioresource Technology，2012，125：249-255)；采用球磨和非极性溶剂体系协同作用于纤维素粉末，可以制备得到纤维素纳米片(Cellulose，2019，26：3143-3153)。然而，纳米纤维素的种类依然非常稀少。

对于纤丝状纳米纤维素，常用的制备方法为酸水解、生物酶水解、低共熔溶剂、TEMPO氧化、离子液体等对原材料进行预处理，然后采用高压均质法、微射流、研磨机等进行机械处理。但目前这些制备策略最主要的问题是需要极大的能耗，预处理不可避免的会对环境造成污染。

综上所述，急需开发新的纳米纤维素种类及其绿色环保、低能耗的制备技术。本发明采用无毒无害的冰醋酸及双氧水组成绿色环保混合溶剂，通过一步法处理植物纤绯原料(包括桉木、麦草、竹子、水杉和杨木)，制备得到尺寸均的纳米纤维素。由于所采用溶剂双氧水在反应后只留下了水，仅需要把醋酸溶液与水分离，本专利采用无水硫酸铜吸收水分，形成五水硫酸铜的蓝色结晶，分离就可以回收冰醋酸。而五水硫酸铜的蓝色结晶通过加热即可变成无水硫酸铜从而实现循环。

发明内容

本发明涉及一种纳米纤维素的环保制备和药液回收方法，其特征包括以下步骤：

步骤(1)：植物原料采用桉木、麦草、竹子、水杉和杨木等；

步骤(2)：所采用处理药液为冰醋酸(17.5mol/L)和双氧水(30wt％)的混合溶液体系，二者混合体积比例为1∶2～2∶1；

步骤(3)：本步骤(1)原料进行备料，切成火柴棍大小；

步骤(4)：将步骤(3)的小木条直接浸泡在步骤(2)的溶液体系内，木片与溶液的体积比例为1∶1～1∶6，升温至60℃并保温，所述浸泡时间为24～150小时；

步骤(5)：将步骤(4)得到的样品静置，使纤维沉底，使用去离子水过滤洗涤纤维直至滤液pH呈弱酸性；

步骤(6)：将步骤(2)中得到的样品通过低功率超声波细胞粉碎仪、高压均质法、微射流、研磨机处理，即得到纳米纤维素；

步骤(7)：将步骤(4)的滤液中加入无水硫酸铜粉末，无水硫酸铜粉末与水反应生成水合硫酸铜蓝色结晶，沉淀析出；

步骤(8)：过滤步骤(7)的滤液，分离得到高浓度的醋酸溶液和水合硫酸铜晶体；