CN107973916A

CN107973916A - 一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法

Info

Publication number: CN107973916A
Application number: CN201610922450.5A
Authority: CN
Inventors: 陈莹; 郑坤; 夏成龙; 赵娇娇; 王春鹏; 储富祥
Original assignee: Institute of Chemical Industry of Forest Products of CAF
Current assignee: Institute of Chemical Industry of Forest Products of CAF
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2018-05-01

Abstract

本发明公开了一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法，该方法包括以下步骤：将木质素溶解到碱性溶液中，调节pH至12左右，充分溶解后，加入一定量的酸，调节PH至2左右，使木质素析出，将上述混合溶液进行多次高速离心处理，以清洗木质素，将清洗后的木质素分散在水中，使用功率为200W的超声器对其超声10分钟，得到纳米木质素，本发明通过酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素，反应时间短，能耗低，便于木质素的进一步应用，具有良好的应用前景。

Description

一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法

技术领域

本发明涉及有机化工技术领域，特别涉及一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法。

背景技术

木质素是自然界中储量仅次于纤维素的天然大分子资源，然而，由于木质素的复杂性以及不确定性，人们很难确定它的精确的结构，也很难被广泛地应用。每年，作为工业副产物被生产出来的木质素超过70万吨，其中大约95％的木质素被燃烧以产生热量，而只有5％的木质素被用于开发其潜在的附加产值。木质素可以被用于很多方面，例如，粘合剂，生物杀菌剂，造纸助剂，分散剂，润滑剂，表面活性剂，油漆等。木质素在水中的不溶解性限制了其在工业领域的广泛应用，鉴于此，我们制备出在水中能良好分散的纳米木质素。这些在水中分散良好的纳米木质素在生物基粘合剂，稳定剂，农作物添加剂等方面有着潜在的应用价值。目前，已经报道出多种制备纳米木质素的方法，但是都难以投入工业生产。例如乙酰化木质素，这种方法使用了对环境有害的乙酰溴。还有使用甲苯二异氰酸制备纳米木质素的方法，这些都用到了对环境有害的化学试剂。除此之外，有报道出使用单纯物理方法去制备纳米木质素，例如采用超声波处理木质素，该方法避免了有害化学试剂的使用，但是却使用高功率、长时间的超声波，这在制备纳米木质素过程中消耗了大量的能量。

在本专利的方法中，我们利用木质素在酸碱环境中的特性，结合了简单酸碱预处理的化学方法，以及环境友好型的低功率、短时间的物理方法，制备出了纳米木质素。

发明内容

解决的技术问题：

为了解决木质素的水溶性差、粒径大等缺点，本发明提供了一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法。

技术方案：

将木质素溶解到碱性溶液中，调节pH至12左右，充分溶解后，加入一定量的酸，调节PH至2左右，使木质素析出，将上述混合溶液进行多次高速离心处理，以清洗木质素，将清洗后的木质素分散在水中，使用功率为200W的超声器对其超声10分钟，得到纳米木质素。

所述的木质素为生物质丁醇木质素、生物质乙醇木质素中的任意一种。

所述的碱液使用氢氧化钠配制，调节木质素溶液pH至12左右。

所述的木质素碱溶液质量分数为1％左右。

所述的盐酸溶液使用浓盐酸配制，调节木质素溶液pH至2左右。

所述超声器的功率设置为200W，超声时的温度维持在30～50℃，超声处理时间为10min。

有益效果：

1.本发明所用的木质素为生物酶解反应所得，，生产过程温和，灰分和糖分较低，保留了较多的羟基和可被取代的活泼氢，纯度高，活性大。

2.本发明所用的酸碱预处理方法与常规的化学处理方式相比，环境友好，价格低廉。

3.本发明所用的超声波处理方法与常规的超声波处理方法相比，功率低，耗时短，能耗低，而且能够大大缩短制备纳米木质素的时间，提高了制备的效率。

附图说明：

图1为木质素超声波处理前后的粒度分布图。由图1可以看出，木质素经超声波处理前50％的颗粒粒径小于16μm，90％的颗粒粒径小于43μm，木质素超声后50％的颗粒粒径小于0.062μm，90％的颗粒粒径小于0.095μm。超声处理后，木质素颗粒粒径的分布变窄。以上表明木质素发生了明显的纳米化。

图2为木质素纳米颗粒的投射电镜图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实例来进一步说明。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1：

将1g生物丁醇木质素分散在100ml蒸馏水中，边搅拌边用40％的NaOH溶液调节pH至12左右，搅拌均匀后，加入8％的盐酸溶液调节pH至2左右，搅拌均匀，使木质素析出。将上述分散液进行多次高速离心，以清洗木质素。将清洗后的木质素分散在水中，使用功率为200W的超声波依次对木质素超声处理5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min，分别取样测试其颗粒粒径。

实施例2：

将1g生物丁醇木质素分散在100ml蒸馏水中，边搅拌边用40％的NaOH溶液调节pH至12左右，搅拌均匀后，加入8％的盐酸溶液调节pH至2左右，搅拌均匀，使木质素析出。将上述分散液进行多次高速离心，以清洗木质素。将清洗后的木质素分散在水中，使用功率为400W的超声波依次对木质素超声处理5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min，分别取样测试其颗粒粒径。

实施例3：

将1g生物丁醇木质素分散在100ml蒸馏水中，边搅拌边用40％的NaOH溶液调节pH至12左右，搅拌均匀后，加入8％的盐酸溶液调节pH至2左右，搅拌均匀，使木质素析出。将上述分散液进行多次高速离心，以清洗木质素。将清洗后的木质素分散在水中，使用功率为600W的超声波依次对木质素超声处理5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min，分别取样测试其颗粒粒径。

实施例4：

将1g生物丁醇木质素分散在100ml蒸馏水中，边搅拌边用40％的NaOH溶液调节pH至12左右，搅拌均匀后，加入8％的盐酸溶液调节pH至2左右，搅拌均匀，使木质素析出。将上述分散液进行多次高速离心，以清洗木质素。将清洗后的木质素分散在水中，使用功率为800W的超声波依次对木质素超声处理5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min，分别取样测试其颗粒粒径。

实施例7：

将1g生物丁醇木质素分散在100ml蒸馏水中，边搅拌边用40％的NaOH溶液调节pH至12左右，搅拌均匀后，加入8％的盐酸溶液调节pH至2左右，搅拌均匀，使木质素析出。将上述分散液进行多次高速离心，以清洗木质素。将清洗后的木质素分散在水中，使用功率为1000W的超声波依次对木质素超声处理5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min，分别取样测试其颗粒粒径。

实施例8：

将1g生物丁醇木质素分散在100ml蒸馏水中，边搅拌边用40％的NaOH溶液调节pH至12左右，搅拌均匀后，加入8％的盐酸溶液调节pH至2左右，搅拌均匀，使木质素析出。将上述分散液进行多次高速离心，以清洗木质素。将清洗后的木质素分散在水中，使用功率为1200W的超声波依次对木质素超声处理5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min，分别取样测试其颗粒粒径。

Claims

1.一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法，其特性是通过以下步骤得到的：将木质素溶解到碱性溶液中，调节pH至12左右，充分溶解后，加入一定量的酸，调节PH至2左右，使木质素析出，将上述混合溶液进行多次高速离心处理，以清洗木质素，将清洗后的木质素分散在水中，使用功率为200W的超声器对其超声10分钟，得到纳米木质素。

2.根据权利要求1所述一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法，其特征在于，所述的木质素为生物质丁醇木质素、生物质乙醇木质素中的任意一种。

3.根据权利要求1所述一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法，其特征在于，所述的碱液为氢氧化钠溶液，调节木质素溶液至pH＝12左右。

4.根据权利要求1所述一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法，其特征在于，所述的酸为盐酸，调节木质素溶液至PH＝2左右。

5.根据权利要求1所述一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法，其特征在于，所述化学预处理后的木质素需通过多次高速离心处理对其进行清洗，高速离心转速为4000R/min-5000R/min。

6.根据权利要求1所述一种酸碱预处理辅助超声波处理制备纳米木质素的方法，其特征在于，所述超声器的功率设置为200W，保持超声处理时的温度维持在30℃-50℃，超声处理时间为10min。