CN109627466A - 一种木质素球形纳米粒子的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于木质素纳米材料制备技术领域，主要涉及在水体系中木质素球形纳米粒子的制备，通过控制表面活性剂的加入量，可以达到尺寸可控的目的。该方法主要包括以下步骤：称取一定质量的木质素，按照固液比1∶10‑1∶100(m/v)的比加入浓度为0.1‑1mol/L的氢氧化钠溶液，将木质素全部溶解。用浓度为0.1‑1mol/L的盐酸溶液缓慢滴加，调节pH值到4‑7，边加边搅拌，同时加入质量分数为0‑10％的表面活性剂，升高温度至150‑230℃，保温20‑60min。结束后降至室温，高速离心即可得到尺寸可控且球形度良好的木质素纳米粒子。本发明不使用任何有机溶剂，只使用水作为溶剂就可制备出尺寸可控的木质素球形纳米粒子，绿色环保，且制备路线简捷，操作简单，具有巨大潜在的应用前景。

Description

一种木质素球形纳米粒子的制备方法
【技术领域】
本发明属于木质素纳米材料制备技术领域，主要涉及在水体系中木质素球形纳米粒子及其制备方法。
【背景技术】
木质素作为自然界最广泛存在的资源之一，是植物界含量仅次于纤维素的芳香族有机高分子化合物。木质素无毒，可生物降解，在多功能材料领域拥有良好的应用前景。纳米材料不仅具有良好的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等特性，而且纳米材料的比表面积大，表面活性高，使其在催化、光学、生物、医药等领域有着广泛的应用。将木质素加工到纳米级，能够有效地改善木质素的一些基本特性，为木质素的应用提供了一种新的途径。
与一般木质素颗粒相比，纳米级木质素颗粒具有更大的比表面积。这一特点有利于让原来因为其芳香环及高度交联的三维网状结构所包围的一些官能团暴露在外面，增加木质素的活性。大量的酚羟基、羧基以及羰基，以及不同含氧基团的存在使得木质素在作为吸附剂、表面活性剂等方面，性能更加优越。
邱学青等将碱木质素乙酰化改性后溶于四氢呋喃，加水驱动自组装成功制备得到乙酰化木质素胶体球(邱学青，李浩，邓永红.碱木质素的乙酰化及其球形胶束的制备.高分子学报，2014，11：1458-1464)。专利CN106361591A公开了一种在丙酮/水体系制备高紫外防护性能的木质素纳米粒子。传统的方法是将木质素溶于有机溶剂，再通过透析得到木质素球形纳米粒子，但是有机溶剂挥发有毒易致癌，而且透析耗时，不利于绿色经济可持续发展。因而需要寻找一种无需化学改性并且不需要有机溶剂而且简单快捷，即可制备均一有序的木质素球形纳米粒子的绿色方法。
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种在水体系中形成尺寸可控的木质素球形纳米粒子。木质素球形纳米粒子在水中形成的两个关键因素：高温、在水中的良好分散性。反应温度应大于木质素玻璃化温度，这是因为木质素是热塑性聚合物，具有玻璃化温度，在高于玻璃化转化温度时具有一定的塑性。同时，木质素具有疏水性，在水溶液中由于表面能的作用，高温下塑化的木质素能够形成较好的球形。在这过程中，溶液的pH值也是关键因素。这是因为低pH值会降低木质素胶体的粒子的Zeta电位，而高pH值则会导致木质素溶解。最后，添加表面活性剂可以提高球形木质素纳米粒子尺寸的均匀性。
【发明内容】
在本发明中，我们提出了一种直接制备高得率木质素球形纳米粒子的方法，该方法无需对木质素进行化学修饰，也不需使用任何有机溶剂，只用水就能制备出尺寸可控的木质素球形纳米粒子。
本发明的主要步骤如下：
称取一定质量的木质素，按照固液比1∶10-1∶100(m/v)的比加入浓度为0.1-1mol/L的氢氧化钠溶液，将木质素全部溶解。用浓度为0.1-1mol/L的盐酸溶液缓慢滴加，调节pH值到4-7，边加边搅拌，同时加入质量分数为0-10％的表面活性剂，升高温度150-230℃，保温20-60min。结束后降至室温，离心分离的转速为10000-14000rpm，时间为5-20min，即可得到球形度良好的木质素纳米粒子。
【具体实施方式】
实施例1
称取一定质量的酶解木质素，按照固液比1∶10(m/v)的比加入浓度为0.1-1mol/L的氢氧化钠溶液，将木质素全部溶解。用浓度为0.1mol/L的盐酸溶液缓慢滴加，调节pH值到5，边加边搅拌，同时加入质量分数为1％的聚乙二醇，升高温度至180℃，保温40min。结束后降至室温，14000rpm离心10min即可得到球形度良好的木质素纳米粒子。
实施例2
称取一定质量的碱木质素，按照固液比1∶20(m/v)的比加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，将木质素全部溶解。用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液缓慢滴加，调节pH值到6，边加边搅拌，同时加入质量分数为10％的司班80，升高温度至200℃，保温20min。结束后降至室温，10000rpm离心20min即可得到球形度良好的木质素纳米粒子。
实施例3
称取一定质量的硫酸盐木质素，按照固液比1∶50(m/v)的比加入浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液，将木质素全部溶解。用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液缓慢滴加，调节pH值到6.5，边加边搅拌，同时加入质量分数为5％的吐温80，升高温度至220℃，保温20min。结束后降至室温，14000rpm离心12min即可得到球形度良好的木质素纳米粒子。
实施例4
称取一定质量的有机溶剂木质素，按照固液比1∶25(m/v)的比加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，将木质素全部溶解。用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液缓慢滴加，调节pH值到4，边加边搅拌，同时加入质量分数为2.5％聚乙二醇，升高温度至200℃，保温3min。结束后降至室温，12000rpm离心15min即可得到球形度良好的木质素纳米粒子。
实施例5
称取一定质量的碱木质素，按照固液比1∶50(m/v)的比加入浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液，将木质素全部溶解。用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液缓慢滴加，调节pH值到5.5，边加边搅拌，同时加入质量分数为8％的吐温60，升高温度至230℃，保温25min。结束后降至室温，10000rpm离心25min即可得到球形度良好的木质素纳米粒子。
实施例6
称取一定质量的硫酸盐木质素，按照固液比为1∶25(m/v)的比加入浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液，将木质素全部溶解。用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液缓慢滴加，调节pH值到5，边加边搅拌，加入质量分数为5％的吐温60，升高温度至220℃，保温60min。结束后降至室温，14000rpm离心8min即可得到球形度良好的木质素纳米粒子。

Claims (3)

1.一种木质素球形纳米粒子的制备方法，所述的方法包括以下步骤：
称取一定质量的木质素，按照固液比1∶10-1∶100(m/v)的比加入浓度为0.1-1mol/L的氢氧化钠溶液，将木质素全部溶解；用浓度为0.1-1mol/L的盐酸溶液缓慢滴加，调节pH值到4-7，边加边搅拌，同时加入质量分数为0-10％的表面活性剂，升高温度150-230℃，保温20-60min；结束后降至室温，离心分离的转速为10000-14000rpm，时间为5-20min，即可得到球形度良好的木质素纳米粒子。
2.按权利要求1所述的一种木质素球形纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述的木质素为碱木质素，硫酸盐木质，有机溶剂木质素和酶解木质素的一种。
3.按权利要求1所述的一种木质素球形纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂为聚乙二醇，十二烷基磺酸钠，司班80，吐温80和吐温60的一种。
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