CN110818912A - 一种快速制备纳米级木质素的方法 - Google Patents

一种快速制备纳米级木质素的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110818912A
CN110818912A CN201911011053.2A CN201911011053A CN110818912A CN 110818912 A CN110818912 A CN 110818912A CN 201911011053 A CN201911011053 A CN 201911011053A CN 110818912 A CN110818912 A CN 110818912A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lignin
rapidly preparing
filtering
scale
drying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911011053.2A
Other languages
English (en)
Inventor
易舜
闵永刚
李凯欣
周青霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Dongguan South China Design and Innovation Institute
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Dongguan South China Design and Innovation Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology, Dongguan South China Design and Innovation Institute filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201911011053.2A priority Critical patent/CN110818912A/zh
Publication of CN110818912A publication Critical patent/CN110818912A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H6/00—Macromolecular compounds derived from lignin, e.g. tannins, humic acids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compounds Of Unknown Constitution (AREA)

Abstract

本发明属于生物质材料领域，公开了一种快速制备纳米级木质素的方法。该方法包括步骤：将木粉加入无水乙醇进行初步的溶解，磁力搅拌，加热去除杂质，过滤，烘干；加入苯磺酸溶液和非离子表面活性剂，搅拌，加热反应，过滤获得木质素溶液；向木质素溶液中加入去离子水对苯磺酸进行稀释，离心，过滤，干燥，得到高纯度的纳米级木质素。本发明采用快速、低温、低能耗等特点，有效的将木质素从木质纤维素中分离出来。本发明相比其他方法处理获得木质素微观尺寸达到纳米级，其化学结构更完整，杂质少，提取率更高，操作简单且快速省时，低能耗等特点。

Description

一种快速制备纳米级木质素的方法
技术领域
本发明属于生物质材料领域，特别涉及一种快速制备纳米级木质素的方法。
背景技术
木质素是三种苯丙烷(愈创木基、紫丁香基、对羟基苯基)单元通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网状结构的生物高分子，其分布于植物的木质组织内，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，木质素主要位于纤维素与半纤维之间，能起到抗压作用。在木本植物中，木质素占25％，是世界上第二位最丰富的有机物(纤维素是第一位)。由于自然界中木质素与纤维素、半纤维素等往往相互连接，形成木质素-碳水化合物复合体，目前提取出来的木质素大多其结构有所改变，纯度不高等不足，提取高纯木质素的方法应用较少。
目前由于能源和经济危机越来越重视，木质素作为地球上的一大材料储备是目前实现绿色经济可持续化发展的关键。木质素是未来能源与各类化学用品的材料储备库，其发展的必要性相当重要，目前来说应用广泛的木质素提取方法主要有无机酸处理法，有机预处理法，烧碱法，以及酶解法等，无机酸处理法处理木质纤维素的木质素产率相对较大的，但其所获得的木质素结构已经大部分破坏，其木质素的一些基本性质也已经有所改变。有机预处理法获得木质素则相对浓度较纯，结构性好，但其产率较低，因此应用较少。烧碱法所获得碱木质素的纯度高，但其反应条件需要在高温条件下进行，不符合当今的能源的发展策略，酶解法获得木质素相对来说是最好的，但其昂贵的成本不利于其进行广泛的应用，目前开发出一种新型制备木质素且节能环保的方法是迫在眉睫的，以便为未来的生物基质能源提供可再生和可生物降解的经济且实用的方法。
与一般的木质素颗粒相比，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表面，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。木质素纳米颗粒的制备不能与纳米金属制备相提并论，如果工艺要求粒度进一步减小，就涉及到能耗加大，工艺复杂，设备要求更精密等问题，因此常常利用非机械的物理和化学方法使得木质素达到纳米级数。造成木质素粒子难以分散和尺寸难以减小的主要原因是其分子间强烈的氢键作用，而且粒子越小，表面能越大，氢键的作用就越强烈，木质素粒子就越易聚集，达不到纳米级，有效的应用化学和物理方法是制备纳米级木质素的关键。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供一种快速制备纳米级木质素的方法，该方法相比其他方法处理获得木质素微观尺寸达到纳米级，其化学结构更完整，杂质少，提取率更高，操作简单且快速省时，低能耗等特点。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种快速制备纳米级木质素的方法，包括以下操作步骤：
(1)将木粉加入无水乙醇进行初步的溶解，加热，磁力搅拌，去除杂质，过滤，烘干；
(2)加入苯磺酸溶液和非离子表面活性剂，搅拌，加热反应，过滤获得木质素溶液；
(3)向木质素溶液中加入去离子水对苯磺酸进行稀释，离心，过滤，干燥，得到纯度为95％～98％的纳米级木质素。
步骤(1)所述的木粉与无水乙醇的的质量比为1：(5～50)。
步骤(1)所述加热是加热至50℃，所述磁力搅拌时间为30min，所述烘干是在50℃下真空干燥1h。
步骤(2)所述的苯磺酸溶液的质量百分比浓度为30％～80％。
步骤(1)所述的木粉与步骤(2)所述的苯磺酸溶液的质量比为1：(20～40)。
步骤(2)所述的非离子表面活性剂为Span80，步骤(1)所述的木粉与步骤(2)所述的非离子表面活性剂的质量比1：(0.1～1)。
步骤(2)所述的加热反应的时间与温度分别是20min～60min、40℃～80℃。
步骤(3)所述的加入去离子水对苯磺酸进行稀释是将苯磺酸的浓度稀释为质量分数5％～15％。
步骤(3)所述的离心的转速为1000rpm～15000rpm，离心时间5min～20min。
所得纳米级木质素的尺寸在200nm～7nm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明相对于以往的分离木质素的方法，采用的制备材料具有环保可循环利用性，制备方法具有低能耗，耗时短等优点。
(2)本发明通过控制不同浓度的苯磺酸来获取高产率的木质素，相比与以往的制备技术手段来说，其产率可高达95％，其获得木质素的产物纯度达到98％，且其中没有磺酸基团。
(3)本发明通过简便的化学和物理的方法，低成本的制备出了高分散性的纳米级木质素，其可应用在吸附剂，催化剂，以及表面吸附剂等应用领域。
附图说明
图1为实施例1、实施例2、实施例3所得的纳米级木质素的原子力显微镜图，分别对应于(a)、(b)和(c)。
图2为实施例1、实施例2、实施例3所得的纳米级木质素的产率和纯度图。
图3为实施例1所得的纳米级木质素的傅里叶变换红外光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。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。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1、取5g的木粉于烧杯中，加入25g的无水乙醇，加热至50℃，搅拌30min，接着将固体真空抽滤，将所得固体50℃真空干燥1h。
2、取40g苯磺酸固体溶解于去离子水中得到质量百分比浓度为80％的苯磺酸溶液，加入1g Span80随即将干燥好的木质纤维素加入三口烧瓶内，在80℃下搅拌20min，随即趁热过滤，获得苯磺酸木质素溶液。
3、往苯磺酸木质素溶液里加入去离子水，使苯磺酸浓度下降为wt10％，随即在离心转速15000rpm下离心10min，然后过滤，在真空干燥获得纳米级木质素颗粒。
4、称取1.0g上述所得纳米级木质素，将木质素置于索氏提取器中，导入体积比为(1:2)的乙醇和苯的混合溶剂20ml，浸泡提取4h，干燥的剩余固体，将剩余固体加入20ml的浓度为72wt％的H2SO4溶液，加水稀释浓H2SO4至3wt％，回流搅拌4h，过滤参与固体，洗涤至中性，110℃下真空干燥12h，称重。计算公式：木质素含量＝剩余固体量/纳米级木质素质量x100％。通过计算最后木质素的纯度为98.6％。
实施例2
1、取5g的木粉与烧杯中，加入25g的无水乙醇，加热至50℃，搅拌30min，接着将固体真空抽滤，将所得固体50℃真空干燥1h。
2、取30g苯磺酸固体溶解于去离子水中得到质量百分比浓度为60％的苯磺酸溶液，加入1gSpan80，随即将干燥好的木质纤维素加入三口烧瓶内，在80℃下搅拌20min，随即趁热过滤，获得苯磺酸木质素溶液。
3、往苯磺酸木质素溶液里加入去离子水，使苯磺酸浓度下降为wt10％，随即在离心转速9000rpm下离心10min，然后过滤，在真空干燥获得纳米级木质素颗粒。
4、称取1.0g上述所得纳米级木质素，将木质素置于索氏提取器中，导入体积比为(1:2)的乙醇和苯的混合溶剂20ml，浸泡提取4h，干燥的剩余固体，将剩余固体加入20ml的浓度为72wt％的H2SO4溶液，加水稀释浓H2SO4至3wt％，回流搅拌4h，过滤参与固体，洗涤至中性，110℃下真空干燥12h，称重。计算公式：木质素含量＝剩余固体量/纳米级木质素质量x100％。通过计算最后木质素的纯度为96.5％。
实施例3
1、取5g的木粉与烧杯中，加入25g的无水乙醇，加热至50℃，搅拌30min，接着将固体真空抽滤，将所得固体50℃真空干燥1h。
2、取25g苯磺酸固体溶解于去离子水中得到质量百分比浓度为50％的苯磺酸溶液，加入1gSpan80，随即将干燥好的木质纤维素加入三口烧瓶内，在80℃下搅拌20min，随即趁热过滤，获得苯磺酸木质素溶液。
3、往苯磺酸木质素溶液里加入去离子水，使苯磺酸浓度下降为wt10％，随即在离心转速3000rpm下离心10min，然后过滤，在真空干燥获得纳米级木质素颗粒。
4、称取1.0g上述所得纳米级木质素，将木质素置于索氏提取器中，导入体积比为(1:2)的乙醇和苯的混合溶剂20ml，浸泡提取4h，干燥的剩余固体，将剩余固体加入20ml的浓度为72wt％的H2SO4溶液，加水稀释浓H2SO4至3wt％，回流搅拌4h，过滤参与固体，洗涤至中性，110℃下真空干燥12h，称重。计算公式：木质素含量＝剩余固体量/纳米级木质素质量x100％，通过计算最后木质素的纯度为90.1％。
图1中的(a)(b)(c)分别对应实施例1、实施例2、实施例3，其纳米木质素的粒径从200nm，到70nm，在到7nm，通过改变苯磺酸浓度以及离心力等可以获得粒径小的纳米级木质素颗粒。图2是通过改变苯磺酸浓度可以提高木质素的产率和木质素的纯度，分别可达到95％和98％。图3为实施例1所得纳米级木质素的红外图，其紫丁香基和愈创木基和甲氧基的C-O的特征峰都存在，说明此木质素的结构相对保持完整。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速制备纳米级木质素的方法，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)将木粉加入无水乙醇进行初步的溶解，加热，磁力搅拌，去除杂质，过滤，烘干；
(2)加入苯磺酸溶液和非离子表面活性剂，搅拌，加热反应，过滤获得木质素溶液；
(3)向木质素溶液中加入去离子水对苯磺酸进行稀释，离心，过滤，干燥，得到纯度为95％～98％的纳米级木质素。
2.根据权利要求1所述的一种快速制备纳米级木质素的方法，其特征在于：步骤(1)所述的木粉与无水乙醇的的质量比为1：(5～50)。
3.根据权利要求1所述的一种快速制备纳米级木质素的方法，其特征在于：步骤(1)所述加热是加热至50℃，所述磁力搅拌时间为30min，所述烘干是在50℃下真空干燥1h。
4.根据权利要求1所述的一种快速制备纳米级木质素的方法，其特征在于：步骤(2)所述的苯磺酸溶液的质量百分比浓度为30％～80％。
5.根据权利要求1所述的一种快速制备纳米级木质素的方法，其特征在于：步骤(1)所述的木粉与步骤(2)所述的苯磺酸溶液的质量比为1：(20～40)。
6.根据权利要求1所述的一种快速制备纳米级木质素的方法，其特征在于：步骤(2)所述的非离子表面活性剂为Span80，步骤(1)所述的木粉与步骤(2)所述的非离子表面活性剂的质量比1：(0.1～1)。
7.根据权利要求1所述的一种快速制备纳米级木质素的方法，其特征在于：步骤(2)所述的加热反应的时间与温度分别是20min～60min、40℃～80℃。
8.根据权利要求1所述的一种快速制备纳米级木质素的方法，其特征在于：步骤(3)所述的加入去离子水对苯磺酸进行稀释是将苯磺酸的浓度稀释为质量分数5％～15％。
9.根据权利要求1所述的一种快速制备纳米级木质素的方法，其特征在于：步骤(3)所述的离心的转速为1000rpm～15000rpm，离心时间5min～20min。
10.根据权利要求1所述的一种快速制备纳米级木质素的方法，其特征在于：所得纳米级木质素的尺寸在200nm～7nm。
CN201911011053.2A 2019-10-23 2019-10-23 一种快速制备纳米级木质素的方法 Pending CN110818912A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911011053.2A CN110818912A (zh) 2019-10-23 2019-10-23 一种快速制备纳米级木质素的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911011053.2A CN110818912A (zh) 2019-10-23 2019-10-23 一种快速制备纳米级木质素的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110818912A true CN110818912A (zh) 2020-02-21

Family

ID=69550152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911011053.2A Pending CN110818912A (zh) 2019-10-23 2019-10-23 一种快速制备纳米级木质素的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110818912A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105037744A (zh) * 2015-07-14 2015-11-11 河南科技大学 一种木质素溶剂及其制备方法和应用
CN108409984A (zh) * 2018-03-26 2018-08-17 中南大学 一种快速同步制备木质素纳米颗粒和碳量子点的方法
CN109161032A (zh) * 2018-08-21 2019-01-08 上海昶法新材料有限公司 一种木质素的提取方法
CN109232909A (zh) * 2018-09-17 2019-01-18 盐城工学院 一种农林生物质分离高活性木质素的方法
CN109265707A (zh) * 2018-09-27 2019-01-25 青岛科技大学 一种分离木材木质素的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105037744A (zh) * 2015-07-14 2015-11-11 河南科技大学 一种木质素溶剂及其制备方法和应用
CN108409984A (zh) * 2018-03-26 2018-08-17 中南大学 一种快速同步制备木质素纳米颗粒和碳量子点的方法
CN109161032A (zh) * 2018-08-21 2019-01-08 上海昶法新材料有限公司 一种木质素的提取方法
CN109232909A (zh) * 2018-09-17 2019-01-18 盐城工学院 一种农林生物质分离高活性木质素的方法
CN109265707A (zh) * 2018-09-27 2019-01-25 青岛科技大学 一种分离木材木质素的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUIYANG BIAN等: ""Producing wood-based nanomaterials by rapid fractionation of wood at 80℃using a recyclable acid hydrotrope"", 《GREEN CHEMISTRY》 *
LIHENG CHEN等: ""Rapid and near-complete dissolution of wood lignin at ≤80°C by a recyclable acid hydrotrope"", 《SCIENCE ADVANCES》 *
QING QING等: ""Impact of surfactants on pretreatment of corn stover"", 《BIORESOURCE TECHNOLOGY》 *
YU-AN CHEN等: ""Evaluation of the action of Tween 20 non-ionic surfactant during enzymatic hydrolysis of lignocellulose: Pretreatment, hydrolysis conditions and lignin structure"", 《BIORESOURCE TECHNOLOGY》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102489259B (zh) 氧化石墨烯/纤维素复合材料及其制备方法和应用
CN105709695B (zh) 一种超疏水纤维素/壳聚糖复合气凝胶油水分离材料的制备方法
CN108822315B (zh) 一种高强透明疏水性纤维素纳米膜及其制备方法
CN107602709B (zh) 一种羧甲基纳米纤维素材料清洁化制备方法
CN114507383B (zh) 一种酯化纤维素负载MXene高韧性薄膜的制备方法
CN111393670B (zh) 一种高效提取分离活性木素的方法
AU2020102758A4 (en) Method for preparing lignin with high yield and high aryl ether bond structure from lignocellulosic biomass
CN112709090B (zh) 一种制备含木素的纤维素纳米纤丝的方法
CN114874343A (zh) 一种基于糠醛渣的球形纳米晶纤维素及其制备方法
CN110055788B (zh) 一种微纳米木质素纤维素分散液及其制备方法和用途
CN111848976B (zh) 利用溶解浆预蒸煮废液制备木质素磺酸盐的方法和应用
CN108252136A (zh) 一种小麦秸秆木质纳米纤维的制备方法
CN109232993A (zh) 一种纤维素/微米纤维素长丝多孔小球的制备方法
CN114108350B (zh) 一种低共熔溶剂快速分离木质生物质主要组分的方法
CN115368585A (zh) 一种阴离子化木质纤维素纳米纤丝及其制备方法和应用
CN106750360A (zh) 一种利用碱性离子液体‑反向溶液体系分离木质素的方法
CN108609613B (zh) 一种无缺陷石墨烯的制备方法
CN109868667B (zh) 一种含木质素纳米纤维素纤丝的制备方法
CN113968978A (zh) 一种新型纳米木质素及其制备方法
CN110818912A (zh) 一种快速制备纳米级木质素的方法
CN108623817A (zh) 一种从粗碱木质素中提纯木质素的绿色便捷方法
KR101556547B1 (ko) 고정화 효소를 이용하여 바이오매스로부터 당화합물을 제조하는 방법
CN115845812B (zh) 一种磁性木质素吸附材料的制备方法和应用
CN114854055B (zh) 一种基于温度诱导分级自组装的木质素胶体球纳米颗粒及其制备方法
CN110092947B (zh) 一种微纳米纤维素复合物、及其制备方法和用途

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200221