CN108049230A - 一种铁催化过氧化氢氧化制备纳米纤维素方法 - Google Patents

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李群
王爱姣
王泽海
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    • D21C3/00—Pulping cellulose-containing materials
    • D21C3/006—Pulping cellulose-containing materials with compounds not otherwise provided for
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Abstract

本发明涉及一种清洁型过氧化氢铁催化体系的微纤化纤维素(MFC)制备方法，提供一种以过氧化氢、硫酸亚铁为主要试剂的微纤化纤维素(MFC)制备方法。本发明中，先用二价铁预浸渍纸浆纤维，再用过氧化氢氧化浸渍后的纸浆纤维；最后结合高压均质制备出性能优良的微纤化纤维素。过氧化氢试剂对环境无污染，且反应过程中无需调整反应溶液的pH，相较于传统的制备方法，该方法更为清洁、高效、成本低。

Description

一种铁催化过氧化氢氧化制备纳米纤维素方法
技术领域
本发明属于植物纤维素资源利用领域，涉及一种以植物纤维为原料，利用铁催化过氧化氢氧化制备纳米纤维素方法。
背景技术
纳米纤维素因其生物可降解性、高长径比以及优良的力学性能和阻隔性能等特点，在造纸、气凝胶、复合材料以及医药等诸多领域具有广阔的应用前景。当前纳米纤维素制备过程中普遍采用的化学预处理方法，由于潜在的环境污染问题，在一定程度上限制了其应用领域和规模化生产。芬顿(H2O2/Fe2+)氧化体系具有绿色环保、氧化性强等独特优势，将其应用于纳米纤维素制备中，具有远大的发展前景。
目前，国内外关于纳米纤维素制备的研究工作主要关注于利用TEMPO试剂和高碘酸盐试剂等化学预处理方法改善植物纤维后续加工性能，这些方法在反应过程中可能存在多种有毒有害中间产物，且制备成本较高、反应过程浓度极低，不利于实现纳米纤维素的规模化清洁制备；现有文献中未见以双氧水为主要氧化剂，在亚铁离子催化氧化条件下实现纳米纤维素制备的成熟方法。本发明提出的工艺技术，具有氧化效率高、操作简便、无污染等技术特点，对于纳米纤维素材料的规模化制备与应用具有积极的促进作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种以过氧化氢为氧化剂、二价铁为催化剂的微纤化纤维素(MFC)制备方法，本方法采用过氧化氢氧化降解纤维素，利用二价铁催化过氧化氢生成具有强氧化性的氧化基团，如羟基自由基；此外，反应体系的酸碱度不用刻意调整，因过氧化氢的弱酸性，溶液的pH始终保持在酸性溶液，避免了强酸强碱或者有毒试剂对环境的污染，从而建立一种新型的、清洁无污染、成本低廉的制备方法。将氧化后的纤维素通过后期的高压均质处理，最终制备出性能优良的微纤化纤维素(MFC)。
一种过氧化氢铁催化清洁体系的微纤化纤维素制备方法，方法的步骤为：
(1)取漂白硫酸盐针叶木浆(NBKP)原料，在去离子水中浸泡4h，用瓦力打浆机按标准 QB/T3703-1999疏解打浆，平衡水分测其干度，测其打浆度为50°SR左右；
(2)将化学品1溶于水，加入打浆后的NBKP，混合均匀，抽滤备用；
(3)将上述浆料置于烧杯中，加入化学品2，充分搅拌使化学品2与浆料充分反应。将混合均匀的浆料与化学品置于水浴锅中完成反应；
(4)将反应后的浆料洗涤抽滤，利用高压均质机均质后，得到最终的微纤化纤维素成品；
所述“化学品1”和“化学品2”成分及其以纸浆绝干纤维计的重量百分比用量分别如下：
所述硫酸亚铁配制成悬浮液使用，浓度为0.15％-0.5％，浸渍液浓度为5％-10％，均质溶液浓度为1.0％-2.0％，所用过氧化氢浓度为27.5％。
而且，所述制备方法的操作单元的参数设定范围如下：
均质机：压力范围60-80MPa；均质次数8-12循环；
恒温水浴锅：温度范围40-50℃；停留时间30分钟；
由所述的制备方法制得的微纤化纤维素性能指标范围如下：
聚合度：200-400；
比表面积：16m2/g；
表观粘度：1100cp；
纳米级直径，微米级长度；
本发明相对于现有技术取得了以下优点和积极效果：
1)与TEMPO、高碘酸盐等化学预处理方法相比，芬顿试剂清洁，高效，成本低，避免了TEMPO方法潜在的有机氯化物在食品、药品领域应用中的潜在风险。而且催化剂Fe2+易回收，建立了一种新的MFC制备方法；
2)将大长径比MFC添加到纸浆中并有效提高纸幅初湿强度，为其在造纸工业中的应用探索了新的途径。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
一种过氧化氢铁催化清洁体系的微纤化纤维素制备方法，所选用的制浆原料、化学药品和生产设备以及具体的制备工艺参数分别描述如下：
一、制备原材料和设备
制浆中试生产采用漂白针叶木硫酸盐浆，打浆度为50°SR左右。
过氧化氢为无色透明液体，易溶于水，其固含量为30％；硫酸亚铁是一种白色粉末，溶于水、甘油，不溶于乙醇，使用时需事先在水的介质下配置成溶液，浓度为0.15％-0.5％；“化学品1”和“化学品2“按照微纤化纤维素制备工艺流程加入，所包含的化学药品的用量如下：
上述百分数是以纸浆中的绝干纤维重量的百分比计，纸浆中的绝干纤维是计算的基准。
二、制备工艺的具体流程
(1)取漂白硫酸盐针叶木浆(NBKP)原料，在去离子水中浸泡4h，用瓦力打浆机按标准 QB/T3703-1999疏解打浆，平衡水分测其干度，测其打浆度为50°SR左右；
(2)将化学品1溶于水，加入打浆后的NBKP。混合均匀，抽滤备用；
(3)将上述浆料置于烧杯中，加入化学品2，充分搅拌使化学品2与浆料充分反应。将混合均匀的浆料与化学品置于水浴锅中充分反应；
(4)将反应后的浆料洗涤抽滤，利用高压均质机均质后，得到最终的微纤化纤维素成品；
三、具体的制备工艺参数
主要操作单元的工艺参数如下：
均质机：压力范围60-80MPa；均质次数8-12循环；
恒温水浴锅：温度范围40-50℃；停留时间30分钟。

Claims (1)

1.一种铁催化过氧化氢氧化制备纳米纤维素方法，步骤为：
(1)取漂白硫酸盐针叶木浆(NBKP)原料，在去离子水中浸泡4h，用瓦力打浆机按标准QB/T3703-1999疏解打浆至打浆度为50°SR左右；
(2)将化学品1溶于水，加入打浆后的NBKP，配制浸渍浓度为5％-10％的纸浆浸渍液，充分浸渍后，抽滤备用；
(3)在抽滤后的浆料中加入化学品2，在不高于50℃温度条件下充分混合，静置10-30min，完成氧化反应；
(4)将反应后的浆料洗涤抽滤，加水稀释至浆料悬浮液浓度为1.0％-2.0％，利用高压均质机在60-80MPa压力下循环均质处理后，获得纳米纤维素成品；
其特征在于，所述“化学品1”和“化学品2”成分及其以纸浆绝干纤维计的重量百分比用量分别如下：
上述硫酸亚铁溶液浓度为0.15％-0.5％，过氧化氢试剂浓度为27.5％，均为工业级化学试剂。
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