CN105295069A - 一种纤维素胶体分散系的制法和其制得的纤维素胶体分散系 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用离子液体制备纤维素胶体分散系的方法和该方法制得的纤维素胶体分散系。该方法包括以下步骤：将纤维素材料与“溶解纤维素功能离子液体”加热搅拌溶解处理纤维素。然后依次加入“催化纤维素片段化功能离子液体”，“表面活性剂功能离子液体”和水，保温，剧烈搅拌混合均匀制得纤维素胶体分散系。本发明制备的纤维素胶体中纤维素完全溶解，分散十分均匀，纤维素的浓度高。生物兼容性良好，因此本方法制备的纤维素胶体可以用于生物催化反应。制备纤维素胶体的过程绿色环保，纤维素不会转变成糠醛等毒性副产物。具有较大的社会意义和应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用离子液体制备纤维素胶体分散系的方法，特别涉及混合离子液体组合中处理纤维素制备纤维素胶体的方法。
背景技术
胶体(Colloid)又称胶状分散体(colloidaldispersion)是一种均匀混合物。在胶体中含有两种不同状态的物质，一种分散状态的物质，另一种连续状态的物质。分散状态的物质是由微小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm之间；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，是一种高度分散的多相不均匀体系。按照分散质状态不同分为：气溶胶、液溶胶和固溶胶。气溶胶是以气体作为分散介质的分散体系。其分散质可以是气态、液态或固态，如烟扩散在空气中。液溶胶是以液体作为分散介质的分散体系。其分散质可以是气态、液态或固态，如Fe(OH)3胶体。固溶胶是以固体作为分散介质的分散体系。其分散质可以是气态、液态或固态。人们发现用强酸、强碱处理微晶纤维素，酸处理后纤维素聚合度下降，多次洗涤、干燥、粉碎、水重悬、高速机械搅拌的作用下可发生微纤化而形成胶体。分散质粒子直径在1nm—100nm之间的分散系。
纤维素是棉花、木材、亚麻、草类等高等植物细胞壁的主要成分，每年由光合作用可产生几百亿吨,是自然界取之不尽、用之不竭的可再生资源。
离子液体是指全部由阴阳离子组成的液体，由于其具有非挥发性、良好的离子导电性与导热性、高热容及高热稳定性和选择性溶解力等特点，使得离子液体成为目前化学化工领域研究的热点之一。更重要的是离子液体的“可设计”性，通过改变离子液体的阴阳离子来设计不同的离子液体，从而能够更好的适用于目标反应，显示了其更为广阔的应用前景。近年的研究表明部分离子液体具有较好的纤维素溶解能力和良好的生物兼容性。
目前，已有的纤维素胶体的相关专利文献报道有公开号为：CN103304824A、CN104072787A等专利。在这些专利中没有利用混合离子液体来制备纤维素胶体，而且现有方法采用硫酸等强腐蚀性试剂制备的胶体为纤维素微小颗粒悬浮在溶液中成为胶体状态。采用浓酸等处理剂对设备要求较高、处理程度不容易控制、处理过程繁琐、处理过程不环保。浓酸处理改变纤维素的性质，部分纤维素转变成糠醛等毒性副产物。目前还没有关于溶解型纤维素胶体的报道。本发明采用离子液体作为胶体分散系的溶剂和介质，离子液体可以溶解纤维素，本发明制备的纤维素胶体中纤维素完全溶解，分散十分均匀,纤维素的浓度高。并且离子液体的生物兼容性良好，因此本方法制备的纤维素胶体可以用于生物催化反应。
发明内容
发明目的：为了弥补现有技术不能制备溶解状态的纤维素胶体的缺陷、提供生物兼容性好，分散度好的纤维素胶体分散系，本发明首次提出了利用混合离子液体处理纤维素材料制备维素胶体分散系的方法。
本发明的技术方案如下：
一种用离子液体制备纤维素胶体分散系的方法，它包括如下步骤：
1)纤维素的离子液体溶液的配制：将纤维素材料与“溶解纤维素功能离子液体”按照1-10:100(w/w％)的比例混合，80-140℃搅拌溶解处理纤维素材料，所述的纤维素材料是：微晶纤维素、α纤维素或羧甲基纤维素；所述的溶解纤维素功能离子液体是：1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([EMIM][DEP])、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐([EMIM][Ac])、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐([BMIM][Ac])、1-酰胺基-3-甲基咪唑乙酸盐([AMIM][Ac])、1-酰胺基-3-甲基咪唑盐酸盐([AMIM][Cl])、1-甲基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐([MMIM][DMP])、1-甲基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([MMIM][DEP])、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐([EMIM][DMP])、1-丁基-3-甲基咪唑盐酸盐([BMIM][Cl])、1,3-二甲基咪唑磷酸二乙酯盐([DMIM][DEP])或1-丁基-3-甲基吡啶盐酸盐([BmpyM][Cl])的任意一种或几种的组合；
2)在步骤1得到的纤维素的离子液体溶液中，依次加入“催化纤维素片段化功能离子液体”，“表面活性剂功能离子液体”和“溶解纤维素功能离子液体”和水，最终使“溶解纤维素功能离子液体”、“催化纤维素片段化功能离子液体”、“表面活性剂功能离子液体”和水的比例为：80-98:1-5:1-5:0-8％(w/w)，剧烈搅拌混合均匀，即制备得到离子液体纤维素胶体分散系，所述的催化纤维素片段化功能离子液体是1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([EMIM][HSO4])、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([BMIM][HSO4])、1-甲基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([MIM][HSO4])、1-乙基咪唑磷酸二氢盐([EIM][H2PO4])、1-丙基咪唑磷酸二氢盐([PIM][H2PO4])、1-丁基咪唑磷酸二氢盐([BIM][H2PO4])、1-己基咪唑磷酸二氢盐([HIM][H2PO4])、N,N-二甲基苯胺磷酸二氢盐([MMAN][H2PO4])、N,N-二乙基苯胺磷酸二氢盐([EEAN][H2PO4])的任意一种或几种的组合；所述的表面活性剂功能离子液体是1-丁基-3-甲基咪唑正烷基磺酸盐([BMIM][n-RSO3])、1—(2-羟乙基)-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C2OHmim][PF6])、1—(2-羟乙基)-3-甲基咪唑盐酸盐([C2OHmim][Cl])、1-(2-羟乙基)-3-十二烷基咪唑盐酸盐([C2OHC12im][Cl])、1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C12MM][BF4])或1-乙基-3-甲基咪唑硫酸甲酯盐[C1mim][MeSO4]的任意一种或几种的组合。
一种上述的用离子液体制备纤维素胶体分散系的方法制得的纤维素胶体分散系。
有益效果
本发明将多种功能化的离子液体混合使用，赋予离子液体体系多功能的特性。混合离子液体可以溶解并片段化纤维素，加水后在纤维素分子周围形成微环境，避免纤维素在转化过程中结晶，构建成纤维素胶体。微晶纤维素颗粒被分裂成无数的细纤维素的离子液体溶液单元，由于表面积的增大而增加了对水的亲和力导致黏度增大而最终形成胶体。本发明制备的纤维素胶体中纤维素完全溶解，分散十分均匀，纤维素的浓度高。生物兼容性良好，因此本方法制备的纤维素胶体可以用于生物催化反应。制备纤维素胶体的过程绿色环保，纤维素不会转变成糠醛等毒性副产物。具有较大的社会意义和应用价值。
附图说明
图1为实施例3制得的纤维素胶体。
图2为纤维素的离子液体胶体丁达尔现象。
图3为水洗干燥后团聚的纳米纤维素。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：纤维素的处理
取1g微晶纤维素加入80g的1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐离子液体([EMIM][Ac])中，100℃保温搅拌处理30min，使微晶纤维素的纤维充分溶解。
实施例2：纤维素的处理
取1g微晶纤维素加入95g的1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐离子液体([EMIM][DEP])中，100℃保温搅拌处理30min，使微晶纤维素的纤维充分溶解。
实施例3制备纤维素胶体
取实施例1或2中获得离子液体的纤维素的溶液，加入1g离子液体[EMIM][HSO4]和5g[C2OHmim][PF6]，剧烈搅拌均匀，100℃保温搅拌处理20min，获得纤维素胶体(见图1)。
实施例4制备纤维素胶体
取实施例1或2中获得离子液体的纤维素的溶液，加入1g离子液体[EIM][H2PO3]和1g[C1mim][MeSO4]，剧烈搅拌均匀，100℃保温搅拌处理20min，获得纤维素胶体，其具有丁达尔现象(见图2)。
实施例5制备纳米纤维素胶体
取实施例1或2中获得离子液体的纤维素的溶液，加入5g离子液体[BMIM][HSO4]和2g[C2OHmim][PF6]，剧烈搅拌均匀，100℃保温搅拌处理20min。冷却至60℃，加入3g水，剧烈搅拌均匀，10000r/min离心5min，除去沉淀，获得纳米纤维素胶体。胶体洗涤、过滤除去离子液体，用电子显微镜可见纳米纤维素颗粒(见图3)。
实施例6纤维素胶体的脂肪酶反应
取10g实施例3、4或5中的纤维素胶体，加入0.1ml甲醇，加入1mg/mL的脂肪酶，40℃磁力搅拌，进行酶反应6h。6h后检测酶活性为初始酶活的90％。
实施例7纤维素胶体的纤维素酶反应
取10g实施例3、4或5中的纤维素胶体，加入1mg/mL的纤维素酶，50℃磁力搅拌，进行酶反应24h。24h后检测酶活性为初始酶活的80％。
Claims (2)
1.一种用离子液体制备纤维素胶体分散系的方法，其特征是它包括如下步骤：
1)纤维素的离子液体溶液的配制：将纤维素材料与“溶解纤维素功能离子液体”按照1-10:100(w/w％)的比例混合，80-140℃搅拌溶解处理纤维素材料，所述的纤维素材料是：微晶纤维素、α纤维素或羧甲基纤维素；所述的溶解纤维素功能离子液体是：1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([EMIM][DEP])、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐([EMIM][Ac])、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐([BMIM][Ac])、1-酰胺基-3-甲基咪唑乙酸盐([AMIM][Ac])、1-酰胺基-3-甲基咪唑盐酸盐([AMIM][Cl])、1-甲基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐([MMIM][DMP])、1-甲基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([MMIM][DEP])、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐([EMIM][DMP])、1-丁基-3-甲基咪唑盐酸盐([BMIM][Cl])、1,3-二甲基咪唑磷酸二乙酯盐([DMIM][DEP])或1-丁基-3-甲基吡啶盐酸盐([BmpyM][Cl])的任意一种或几种的组合；
2)在步骤1得到的纤维素的离子液体溶液中，依次加入“催化纤维素片段化功能离子液体”，“表面活性剂功能离子液体”和“溶解纤维素功能离子液体”和水，最终使“溶解纤维素功能离子液体”、“催化纤维素片段化功能离子液体”、“表面活性剂功能离子液体”和水的比例为：80-98:1-5:1-5:0-8％(w/w)，剧烈搅拌混合均匀，即制备得到离子液体纤维素胶体分散系，所述的催化纤维素片段化功能离子液体是1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([EMIM][HSO4])、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([BMIM][HSO4])、1-甲基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([MIM][HSO4])、1-乙基咪唑磷酸二氢盐([EIM][H2PO4])、1-丙基咪唑磷酸二氢盐([PIM][H2PO4])、1-丁基咪唑磷酸二氢盐([BIM][H2PO4])、1-己基咪唑磷酸二氢盐([HIM][H2PO4])、N,N-二甲基苯胺磷酸二氢盐([MMAN][H2PO4])、N,N-二乙基苯胺磷酸二氢盐([EEAN][H2PO4])的任意一种或几种的组合；所述的表面活性剂功能离子液体是1-丁基-3-甲基咪唑正烷基磺酸盐([BMIM][n-RSO3])、1—(2-羟乙基)-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C2OHmim][PF6])、1—(2-羟乙基)-3-甲基咪唑盐酸盐([C2OHmim][Cl])、1-(2-羟乙基)-3-十二烷基咪唑盐酸盐([C2OHC12im][Cl])、1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C12MM][BF4])或1-乙基-3-甲基咪唑硫酸甲酯盐[C1mim][MeSO4]的任意一种或几种的组合。
2.一种权利要求1所述的用离子液体制备纤维素胶体分散系的方法制得的纤维素胶体分散系。
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