CN108252136A - 一种小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：1）原料经过对甲基苯磺酸水解除去大量可溶性木质素；2）水解后的物料经过超微粒粉碎机盘磨机械处理得到木质纤维微纤丝；3）将木质纤维微纤丝用纤维素内切酶后处理，获得尺寸均一的柔性木质纳米纤维。本方法酸预处理能够溶出麦秆中约80%的木质素，进而防止木质素含量过高的物料在机械处理过程中引起设备堵塞，最后的纤维素内切酶处理可进行木质纳米纤维的大批量分散。本发明方法实现了农林废弃物麦秆的资源化高效利用。

Description

一种小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法
技术领域
本发明属于纳米纤维材料领域，具体涉及一种小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法。
背景技术
我国拥有丰富的秸秆等农林废弃物，存在利用率低。附加值不高等问题。除少量用于造纸、生物质发电和燃料外，绝大部分在田间直接焚烧，不仅严重污染了环境，而且造成了大量可再生资源的浪费。如果能很好的利用秸秆资源，对缓解我国资源匮乏的情况、发展经济、保护环境等都有极其重要的意义。
小麦秸秆中含有大量的天然植物纤维，作为一种天然的高分子增强材料，具有来源广泛、廉价易得、可再生和环境相容性好等优点。天然小麦秸秆制备木质纳米纤维是有效利用的途径之一。由于组成小麦秸秆的成分除了纤维素，还含有部分半纤维素和木质素，它们以各种物理和化学结合方式形成复杂的超分子结构，使得纤维素很难被分离，因此小麦秸秆原料制备纳米纤维必须进行适当的物理、化学或生物处理，以破坏原料中纤维素、半纤维素和木质素形成致密结构，实现三者的有效分离，避免尺寸过大造成设备堵塞。
常规的处理方法主要包括硫酸水解法、TEMPO氧化法和纤维素酶预处理法，这些方法存在纤维素降解程度大，制得率低且试剂不可回收等问题。对甲基苯磺酸是一种有机固体强酸，常温下为固体，随着温度升高在水中溶解度增大，易于冷却回收，在适当温度条件下可以快速溶解木质纤维原料中的木质素，是一种良好的化学溶剂。盘磨处理作为一种机械方法可用于批量化制备纳米纤维。纤维素酶预处理能促进纤维的润胀，降低纳米纤维的制备能耗，但酶后处理尚未与化学预处理结合研究均整纳米纤维。
因此，开发一种小麦秸秆木质纳米纤维方法不仅有利于解决资源紧张问题，而且还有利于解决燃烧导致的环境污染问题，为实现高效利用农作物秸秆资源、生产环境友好纳米纤维材料提供一种新的途径。
发明内容
本发明所要解决的问题是：针对小麦秸秆木质素含量高，直接制备纳米纤维会引起设备堵塞的问题，提供了一种小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)对小麦秸秆进行对甲基苯磺酸预处理；
(2)将经过步骤(1)处理的小麦秸秆通过超微粒粉碎机机械处理得到木质纤维微纤丝；
(3)将经过步骤(2)处理的木质纤维微纤丝通过纤维素内切酶后处理得到木质纳米纤维。
步骤(1)中，所述的对甲基苯磺酸预处理过程为：将小麦秸秆原料加入到对甲基苯磺酸溶液中，酸浓度70～80％，50～80℃加热反应10～60min；反应结束后的浆料过滤，洗涤至pH呈中性，加去离子水调节质量分数，贮存备用。
步骤(1)中，绝干小麦秸秆原料按固液质量比1g∶10g加入对甲基苯磺酸溶液。
步骤(2)中，所述的超微粒粉碎机机械处理过程为：将对甲基苯磺酸水解得到的小麦秸秆物料，配成1％固含量的纤维悬浮液，通过超微粒粉碎机盘磨机械处理，得到小麦秸秆木质纤维微纤丝。
步骤(2)中，所述的超微粒粉碎机型号为MKCA6-2J，磨盘型号为MKG-C，磨盘转速1500r/min。
步骤(3)中，所述的酶后处理过程为：将盘磨机械处理得到的小麦秸秆木质纤维微纤丝与纤维素内切酶混合，加入水、pH缓冲液，混合至底物浓度为1％，pH控制在4.7～4.9，纤维素内切酶用量为22EGU/g纤维素，酶解温度50℃，转速150r/min，酶解时间4～24h。
步骤(3)中，所述的纤维素内切酶为诺维信纤维素内切酶Celluclast 1.5L型，酶活力700EGU/g以上。
有益效果：本发明与其他现有方法相比，具有的优点包括：本发明以农林废弃物小麦秸秆为原料提取木质纳米纤维，通过对甲基苯磺酸预处理小麦秸秆降解和溶解原料中部分半纤维素和大量木质素，避免其在盘磨机械时造成设备堵塞，随后的纤维素内切酶后处理进一步均整纳米纤维，得到尺寸分布更为均匀的木质纳米纤维。本发明与常规制备方法相比，具有纤维素回收率高、能耗低和环境友好的优点。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
对小麦秸秆进行对甲基苯磺酸预水解，处理过程为：将10g绝干小麦秸秆原料按固液质量比1g∶10g加入对甲基苯磺酸溶液中，酸浓度80％，80℃加热反应20min；反应结束后的浆料通过过滤洗涤干净，至pH呈中性；酸水解后的小麦秸秆加去离子水调节质量分数为1％贮存于4℃冰箱。将对甲基苯磺酸水解得到的小麦秸秆物料配成1％固含量的纤维悬浮液，通过超微粒粉碎机盘磨机械处理20次，磨盘转速1500r/min，得到小麦秸秆木质纤维微纤丝；将盘磨机械处理得到的小麦秸秆木质纤维微纤丝与纤维素内切酶(诺维信纤维素内切酶Celluclast1.5L型，酶活力753.52EGU/g，下同)混合，加入水、pH缓冲液，混合至底物浓度为1％，pH控制在4.7～4.9，纤维素内切酶用量为22EGU/g纤维素，酶解温度50℃，转速150r/min，酶解时间4h，得到小麦秸秆木质纳米纤维。
实施例2
对小麦秸秆进行对甲基苯磺酸预水解，处理过程为：将10g绝干小麦秸秆原料按固液质量比1g∶10g加入对甲基苯磺酸溶液中，酸浓度80％，80℃加热反应20min；反应结束后的浆料通过过滤洗涤干净，至pH呈中性；酸水解后的小麦秸秆加去离子水调节质量分数为1％贮存于4℃冰箱。将对甲基苯磺酸水解得到的小麦秸秆物料配成1％固含量的纤维悬浮液，通过超微粒粉碎机盘磨机械处理5次，磨盘转速1500r/min，得到小麦秸秆木质纤维微纤丝；将盘磨机械处理得到的小麦秸秆木质纤维微纤丝与纤维素内切酶混合，加入水、pH缓冲液，混合至底物浓度为1％，pH控制在4.7～4.9，纤维素内切酶用量为22EGU/g纤维素，酶解温度50℃，转速150r/min，酶解时间8h，得到小麦秸秆木质纳米纤维。
实施例3
对小麦秸秆进行对甲基苯磺酸预水解，处理过程为：将10g绝干小麦秸秆原料按固液质量比1g∶10g加入对甲基苯磺酸溶液中，酸浓度80％，80℃加热反应20min；反应结束后的浆料通过过滤洗涤干净，至pH呈中性；酸水解后的小麦秸秆加去离子水调节质量分数为1％贮存于4℃冰箱。将对甲基苯磺酸水解得到的小麦秸秆物料配成1％固含量的纤维悬浮液，通过超微粒粉碎机盘磨机械处理5次，磨盘转速1500r/min，得到小麦秸秆木质纤维微纤丝；将盘磨机械处理得到的小麦秸秆木质纤维微纤丝与纤维素内切酶混合，加入水、pH缓冲液，混合至底物浓度为1％，pH控制在4.7～4.9，纤维素内切酶用量为22EGU/g纤维素，酶解温度50℃，转速150r/min，酶解时间24h，得到小麦秸秆木质纳米纤维。
实施例4
将实施例1-3制备得到的小麦秸秆木质纳米纤维进行直径测试，具体检测如下：
用原子力显微镜(AFM，Dimension Edge,Bruker,Germany)观察小麦秸秆木质纳米纤维形态。将一滴用去离子水稀释的纳米纤维悬浮液滴在干净的云母片上，并在室温下自然干燥。设定原子力显微镜探针为轻敲模式，频率300kHz。小麦秸秆木质纳米纤维的直径通过图像处理软件Gwyddion software (Departmentof Nanometrology,Czech MetrologyInstitute,Crezh Republic,64-bit)计算得出，具体测试结果如表1。
表1 小麦秸秆木质纳米纤维直径
性能表征 实施例1 实施例2 实施例3
木质纳米纤维直径(nm) 22.48 37.25 16.86
由表1可以看出，使用同样条件的纤维素内切酶后处理工艺，盘磨处理次数更多，木质纳米纤维直径更小；盘磨次数相同，纤维素内切酶后处理时间越长，木质纳米纤维素直径更小；通过减少盘磨处理次数，提高酶解时间，既能降低能耗，又能获得尺寸更为均匀的木质纳米纤维。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对小麦秸秆进行对甲基苯磺酸预处理；
（2）将经过步骤（1）处理的小麦秸秆通过超微粒粉碎机机械处理得到木质纤维微纤丝；
（3）将经过步骤（2）处理的木质纤维微纤丝通过纤维素内切酶后处理得到木质纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的对甲基苯磺酸预处理过程为：将小麦秸秆原料加入到对甲基苯磺酸溶液中，酸浓度70~80%，50~80℃加热反应10~60min；反应结束后的浆料过滤，洗涤至pH呈中性，加去离子水调节质量分数，贮存备用。
3.根据权利要求1所述的小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，绝干小麦秸秆原料按固液质量比1 g∶10 g加入对甲基苯磺酸溶液。
4.根据权利要求1所述的小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的超微粒粉碎机机械处理过程为：将对甲基苯磺酸水解得到的小麦秸秆物料，配成1%固含量的纤维悬浮液，通过超微粒粉碎机盘磨机械处理，得到小麦秸秆木质纤维微纤丝。
5.根据权利要求1或4所述的小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的超微粒粉碎机型号为MKCA6-2J，磨盘型号为MKG-C，磨盘转速1500r/min。
6.根据权利要求1所述的小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的酶后处理过程为：将盘磨机械处理得到的小麦秸秆木质纤维微纤丝与纤维素内切酶混合，加入水、pH缓冲液，混合至底物浓度为1%，pH控制在4.7~4.9，纤维素内切酶用量为22EGU/g纤维素，酶解温度50℃，转速150r/min，酶解时间4~24h。
7.根据权利要求1所述的小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的纤维素内切酶为诺维信纤维素内切酶Celluclast 1.5 L型，酶活力700EGU/g以上。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109778336A (zh) * 2018-12-25 2019-05-21 华南理工大学 一种缓释抗菌的聚丙烯腈纤维及其制法与应用
CN109811569A (zh) * 2019-03-08 2019-05-28 广西大学 一种利用酶辅助机械研磨低能耗制备高得率纤维素纳米微纤丝的方法
CN109851693A (zh) * 2019-02-19 2019-06-07 广西大学 一种快速分离甘蔗渣中半纤维素、纤维素以及木素的方法
CN112709090A (zh) * 2020-12-09 2021-04-27 天津科技大学 一种制备含木素的纤维素纳米纤丝的方法
CN115110341A (zh) * 2022-06-28 2022-09-27 华南理工大学 一种再生纸及其制备方法和应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1854169A (zh) * 2005-04-19 2006-11-01 中国科学院金属研究所 一种聚苯胺微/纳米纤维的制备方法
US8546558B2 (en) * 2006-02-08 2013-10-01 Stfi-Packforsk Ab Method for the manufacture of microfibrillated cellulose
CN103408754A (zh) * 2013-07-11 2013-11-27 东华大学 一种聚苯胺纳米纤维的制备方法
CN103741532A (zh) * 2013-12-23 2014-04-23 江南大学 一种作为可强力吸附油脂和胆盐的纳米纤维素纤维的制备方法
CN105646721A (zh) * 2016-01-21 2016-06-08 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种纳米纤维素纤丝的制备方法
EP2452013B1 (en) * 2009-07-07 2016-09-07 Stora Enso Oyj Process for producing microfibrillated cellulose
CN106084071A (zh) * 2016-08-11 2016-11-09 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种可持续地制备纳米纤维素的方法
CN106988137A (zh) * 2017-04-25 2017-07-28 华南理工大学 一种较高浓度纳米纤维素纤丝的清洁生产方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1854169A (zh) * 2005-04-19 2006-11-01 中国科学院金属研究所 一种聚苯胺微/纳米纤维的制备方法
US8546558B2 (en) * 2006-02-08 2013-10-01 Stfi-Packforsk Ab Method for the manufacture of microfibrillated cellulose
EP2452013B1 (en) * 2009-07-07 2016-09-07 Stora Enso Oyj Process for producing microfibrillated cellulose
CN103408754A (zh) * 2013-07-11 2013-11-27 东华大学 一种聚苯胺纳米纤维的制备方法
CN103741532A (zh) * 2013-12-23 2014-04-23 江南大学 一种作为可强力吸附油脂和胆盐的纳米纤维素纤维的制备方法
CN105646721A (zh) * 2016-01-21 2016-06-08 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种纳米纤维素纤丝的制备方法
CN106084071A (zh) * 2016-08-11 2016-11-09 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种可持续地制备纳米纤维素的方法
CN106988137A (zh) * 2017-04-25 2017-07-28 华南理工大学 一种较高浓度纳米纤维素纤丝的清洁生产方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIHENG CHEN: ""使用可回收的有机酸生产高热稳定和功能性纳米微晶和纳米纤丝"", 《绿色化学》 *
SARAH R: ""纳米微晶纤维素和微晶纤维素酶的准备"", 《TAPPI》 *
周素坤: "微纤化纤维素的制备及应用", 《化学进展》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109778336A (zh) * 2018-12-25 2019-05-21 华南理工大学 一种缓释抗菌的聚丙烯腈纤维及其制法与应用
CN109851693A (zh) * 2019-02-19 2019-06-07 广西大学 一种快速分离甘蔗渣中半纤维素、纤维素以及木素的方法
CN109811569A (zh) * 2019-03-08 2019-05-28 广西大学 一种利用酶辅助机械研磨低能耗制备高得率纤维素纳米微纤丝的方法
CN109811569B (zh) * 2019-03-08 2021-07-20 广西大学 一种利用酶辅助机械研磨低能耗制备高得率纤维素纳米微纤丝的方法
CN112709090A (zh) * 2020-12-09 2021-04-27 天津科技大学 一种制备含木素的纤维素纳米纤丝的方法
CN112709090B (zh) * 2020-12-09 2022-08-09 天津科技大学 一种制备含木素的纤维素纳米纤丝的方法
CN115110341A (zh) * 2022-06-28 2022-09-27 华南理工大学 一种再生纸及其制备方法和应用

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