CN112321747A - 一种低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法 - Google Patents

一种低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其包括以下步骤：1、将经过预处理的甲壳素分散到偶极溶剂与碱试剂形成的混合溶剂中持续搅拌预溶胀1～5小时，得到甲壳素悬浮液；2、将酸酐加入到步骤1中所得的甲壳素悬浮液中，在室温下进行酯化反应1～30分钟；3、对步骤2得到的反应液进行离心洗涤，得到的胶状沉淀；4、将步骤3中得到的所述胶状沉淀分散到pH值为9～12的碱性水溶液中，搅拌0.2～2小时后得到均匀分散的甲壳素纳米纤维分散液。本发明制备工艺简单，安全、能耗低，效率高、溶剂可重复利用，从而显著降低纳米纤维的提取成本，并有效提高其产能。

Description

一种低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法
技术领域
本发明涉及天然高分子材料领域，尤其涉及一种甲壳素纳米纤维的提取方法。
背景技术
全球每年废弃63亿吨塑料制品，只有14％被回收利用，不仅会造成大量经济损失，还对环境造成极大破坏。2020年我国发布了关于进一步加强塑料污染治理的意见，拟定于2022年推广塑料替代产品，2025年塑料污染能够得到有效控制。因此，开发塑料的替代材料势在必行。甲壳素是自然界中储量仅次于纤维素的天然多糖(大约109吨/年)，是替代石化基产品的理想原材料之一。实现甲壳素的材料化与功能化，部分替代现有塑料制品，不仅可以缓解对石油资源的依赖，还能有效解决塑料造成的“白色污染”，符合我国绿色发展的国策。然而，甲壳素具有复杂的多层次结构、强分子内和分子间氢键及高结晶度，使其难以溶解与熔融，加工受到限制。从虾蟹壳中直接提取溶剂分散的甲壳素纳米纤维，是避开溶解/熔融难题，实现这一废弃物资源化再利用的有效途径之一。
自然界中，甲壳素在生物体内自发有序结晶并组装，形成一维纳米纤维结构，不仅继承了甲壳素的生物相容、高结晶(70～85％)、耐溶剂(溶度参数高达41(J/cm3)0.5)、低膨胀系数(10ppm/K)以及可生物降解等优点，还表现出独特的纳米效应，如高比表面积、良好的柔性等。从虾蟹壳中直接提取溶剂分散的甲壳素纳米纤维，是避开甲壳素溶解/熔融难题，实现这一废弃物资源化再利用的有效途径之一。然而，高度有序的多层次结构以及大量的分子间氢键使得紧密排列的甲壳素纳米纤维难以被剥离。
早期，研究者尝试通过强机械处理破坏纤维之间的相互作用，从而得到纳米尺度的甲壳素纤维。然而，这些方法能耗极高，提取得到的甲壳素纳米纤维不仅直径分布较宽(10～200nm)，在溶剂中的分散稳定性也较差(Zhao H.,Feng X.,Gao H.,etal.Appl.Phys.Lett.,2007,90,073112)。
通过化学改性在甲壳素纤维表面接枝离子型基团，提供的静电斥力不仅可以降低纳米纤维的剥离能耗，还可以提供优异的胶体稳定性。迄今为止，液相提取甲壳素纳米纤维的方法主要包括氧化法、脱乙酰化法以及酸水解法等。例如，日本东京大学Isogai教授利用Tempo氧化法在甲壳素纤维表面引入带负电的羧基，成功从蟹壳中提取得到直径和长度分别为8nm和340nm的α-甲壳素纳米纤维，产率最高可达90％(Fan Y.,Saito T.,Isogai A.,et al.Biomacromolecules,2008,9,192-198.)；利用类似的方法，也可从笔管中剥离得到直径20～50nm，长度数微米的β-甲壳素纳米纤维，产率约为70％(Fan Y.,Saito T.,IsogaiA.,et al.Carbohydr.Polym.,2009,77,832-838)。瑞典皇家理工学院Berglund教授将部分脱乙酰化的甲壳素在酸性溶液中表面阳离子化，从而剥离得到直径3～4nm、长度约1微米的α-甲壳素纳米纤维(Wu Q.,Jungstedt E.,Soltesova M.,et al.Nanoscale,2019,11,11001-11011)。虽然通过化学修饰在纳米纤维表面引入带电基团有助于它在水溶液中的解离，但这些方法仍然需要高耗能的机械后处理才能实现纳米纤维的分散。因此，为了降低甲壳素纳米纤维的生产成本，推动其工业化生产及实际应用，亟待开发低耗能的纳米纤维剥离技术。
发明内容
为此，本发明提供一种低成本、绿色、高效的甲壳素纳米纤维提取技术，不仅可以制备出尺寸均匀、稳定分散并具有高长径比的甲壳素纳米纤维，同时还可以对其形貌及表面性质进行有效控制。
为实现上述目的，本发明公开一种低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其包括以下步骤：
步骤1：将经过预处理的甲壳素分散到偶极溶剂与碱试剂形成的混合溶剂中，持续搅拌进行预溶胀1～5小时，得到甲壳素悬浮液；
步骤2：将酸酐加入到步骤1中所得的甲壳素悬浮液中，在室温下进行酯化反应1～30分钟，得到在偶极溶剂与碱试剂形成的混合溶剂中分散均匀的甲壳素纳米纤维分散液，所述酸酐和甲壳素中的甲壳素结构单元的摩尔比为1-8:1。
在步骤1的溶胀处理中，甲壳素发生去质子化反应，使甲壳素的纳米纤维带负电荷，从而产生静电斥力。静电斥力的存在有助于使紧密堆积的甲壳素纳米纤维分裂成缠结的纳米纤维网状结构，方便后续分散到溶液中，降低分散操作的能耗。同时，甲壳素的溶胀处理还有助于后续与酸酐接枝，扩大了晶面间距。
进一步，本发明所述的低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其还包括步骤：
步骤3：对步骤2得到的甲壳素纳米纤维分散液进行离心洗涤，得到胶状沉淀；
步骤4：将步骤3中得到的所述胶状沉淀分散到pH值为9～12的碱性水溶液中，搅拌0.2～2小时后得到均匀分散的甲壳素纳米纤维分散液。
由于甲壳素纳米纤维表面具有活性羟基，从而可与乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐或苯甲酸酐等烷基酸酐酯化，使甲壳素纳米纤维表面带酯基，可直接分散于偶极溶剂与碱试剂形成的混合溶剂中，不需要分散到碱性水溶液中。另外，甲壳素纳米纤维表面的活性羟基还可与马来酸酐或丁二酸酐中的酸酐酯化，使甲壳素纳米纤维表面带羧基，可均匀分散在碱性水溶液中。因此还需要上述步骤3和步骤4的操作，经离心洗涤后均匀分散于碱性溶液中。
进一步，所述步骤1中的预处理为：对甲壳素原料进行纯化处理：在酸溶液中浸泡除去蛋白质，接着在碱溶液中浸泡除去碳酸钙，最后在漂白液中浸泡除去色素。通过纯化处理，可除去甲壳素中的碳酸钙、色素和蛋白质。
进一步，所述在酸溶液中浸泡除去蛋白质，接着在碱溶液中浸泡除去碳酸钙，最后在漂白液中浸泡除去色素为：在2mol/L的盐酸溶液中浸泡48小时除去碳酸钙，在浓度为4％的氢氧化钠水溶液中浸泡48小时除去蛋白质，在80℃的漂白液中浸泡3小时除去色素，再用去离子水洗涤，干燥，得到所述纯化的甲壳素；所述漂白液中各组分的重量百分含量为：0.38％次氯酸钠，0.55％氢氧化钠，1.58％醋酸，其余组分为水。
进一步，所述甲壳素原料为下列中的一种：节肢动物外壳或软体动物的骨骼。
进一步，所述步骤1所用的偶极溶剂下列中的一种：二甲亚砜、二甲基乙酰胺、或N、N-二甲基甲酰胺。
进一步，所述步骤1所用的碱试剂为下列中的一种：氢氧化锂、氢氧化钾或氢氧化钠，所述偶极溶剂与碱试剂形成的混合溶剂中，碱试剂的浓度为0.2～5mg/mL。
进一步，所述步骤2中的酸酐为下列中的一种：乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐或苯甲酸酐。由于甲壳素纳米纤维表面具有活性羟基，从而可与乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐或苯甲酸酐等烷基酸酐酯化，使甲壳素纳米纤维表面带酯基，可直接分散于偶极溶剂与碱试剂形成的混合溶剂中。
进一步，所述步骤2中的酸酐为马来酸酐或丁二酸酐。甲壳素纳米纤维表面的活性羟基还可与马来酸酐或丁二酸酐中的酸酐酯化，使甲壳素纳米纤维表面带羧基，可均匀分散在碱性水溶液中。因此还需要上述步骤3和步骤4的操作，经离心洗涤后均匀分散于碱性溶液中。
进一步，所述步骤3的洗涤条件为：二甲亚砜和乙醇分别洗涤2次，每次洗涤完采用5000-10000r/min的离心速度进行离心10-20分钟。
进一步，所述步骤4中的碱性水溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，所述得到的甲壳素纳米纤维分散液中，甲壳素纳米纤维的重量百分含量为0.05％-0.5％。
本发明的有益效果为:
1、本发明的提取方法提取过程整体所需成本低，甲壳素原料经过预溶胀、酸酐修饰后无需使用任何强机械后处理即可制备稳定分散、尺寸均一且具有高长径比的纳米纤维，突破目前均需要高能耗的甲壳素纳米纤维制备技术。
2、通过选择不同的甲壳素原料，可以调控纳米纤维的形貌(长径比)。若选择节肢动物外壳，制备得到的纳米纤维长度一般为180-430nm之间；若选择软体动物的骨骼，制备得到的纳米纤维长度一般为1-5微米。同时，采用本发明提取方法，制备得到的纳米纤维直径均在2-5nm之间。
3、通过选择不同的酸酐进行酯化，可以调控纳米纤维的表面性质。由于甲壳素纳米纤维表面具有活性羟基，从而可酯化接枝不同的基团，例如可接枝羧基、长链烷基、苯基等。
4、本发明制得的甲壳素纳米纤维直径约为4纳米，长度可在数百纳米～数微米的范围内任意调控。
5、本发明制得的高长径比甲壳素纳米纤维粘度极大，具备较好的应用前景。
6、本发明制备工艺简单，安全、能耗低，效率高、溶剂可重复利用，从而显著降低纳米纤维的提取成本，并有效提高其产能。
附图说明
图1是实施案例1提取的α-甲壳素纳米纤维的透射电子显微镜照片；
图2是实施案例2提取的β-甲壳素纳米纤维的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例详予说明。
本发明的各实施例中，均预先对甲壳素原料进行预处理得到甲壳素。所述预处理为：对甲壳素原料进行纯化处理：在酸溶液中浸泡除去蛋白质，接着在碱溶液中浸泡除去碳酸钙，最后在漂白液中浸泡除去色素。
所述在酸溶液中浸泡除去蛋白质，接着在碱溶液中浸泡除去碳酸钙、最后在漂白液浸泡除去色素具体：在2mol/L的盐酸溶液中浸泡48小时除去碳酸钙，在浓度为4％的氢氧化水溶液中浸泡48小时除去蛋白质，在80℃的漂白液中浸泡3小时除去色素，再去离子水洗涤，干燥，得到所述纯化的甲壳素；所述漂白液中各组分的百分含量为：0.38％次氯酸钠，0.55％氢氧化钠，1.58％醋酸，其余组分为水。
由于甲壳素纳米纤维表面具有活性羟基，从而可与乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐或苯甲酸酐等烷基酸酐酯化，使甲壳素纳米纤维表面带酯基，可直接分散于偶极溶剂与碱试剂形成的混合溶剂中，无需步骤3和步骤4的操作，见以下实施例9-11。另外，甲壳素纳米纤维表面的活性羟基还可与马来酸酐或丁二酸酐中的酸酐酯化，使甲壳素纳米纤维表面带羧基，均匀分散于碱性溶液中，具体见以下实施例1-8。
实施例1
将20mg KOH分散到20mL DMSO溶液中后，加入0.1g纯化后的海蟹甲壳素，并在室温下搅拌溶胀5h。随后立即加入80mg(马来酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为2:1)马来酸酐，常温下继续搅拌反应1min，所得产物在10000rpm转速下离心，依次用DMSO及乙醇离心洗涤2次，每次洗涤完采用10000r/min的离心速度进行离心10分钟，以除去未反应的酸酐及混合溶剂，得到胶状物。最后，将胶状物分散到pH值为12的氢氧化钠水溶液中，搅拌0.2h后得到均匀分散的α-甲壳素纳米纤维分散液。该纳米纤维长度约420-450nm，直径3～5nm，表面羧基含量0.8mmol/g，产率约90％。
将制备的α-甲壳素纳米纤维将制得的合金材料采用日本JEOL公司生产的JEM-2010F型透射电子显微镜上观察其内部结构，其结果如图1所示。
由于甲壳素是由多个甲壳素结构单元组成，甲壳素结构单元为C8H13O5N，根据甲壳素的投量，可算出投入的甲壳素结构单元的摩尔数。
实施例2
将20mg KOH分散到20mL DMSO溶液中后，加入0.1g纯化后的鱿鱼骨甲壳素，并在室温下搅拌溶胀3h。随后立即加入80mg(马来酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为2:1)的马来酸酐，常温下继续搅拌反应1min，所得产物在8000rpm转速下离心，依次用DMSO及乙醇离心洗涤2次，每次洗涤完采用8000r/min的离心速度进行离心12分钟，以除去未反应的酸酐及混合溶剂，得到胶状物。最后，将胶状物分散到pH值为12的氢氧化钠水溶液中，搅拌2h后得到均匀分散的β-甲壳素纳米纤维分散液。该纳米纤维长度1-5微米，直径3～5nm，表面羧基含量1.2mmol/g，产率约100％。
将制备的β-甲壳素纳米纤维将制得的合金材料采用日本JEOL公司生产的JEM-2010F型透射电子显微镜上观察其内部结构，其结果如图2所示。
实施例3
将4mg KOH分散到20mL DMSO溶液中后，加入0.1g纯化后的笔管骨甲壳素，并在室温下搅拌溶胀1h。随后立即加入40mg(马来酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为1:1)的马来酸酐，常温下继续搅拌反应1min，所得产物在5000rpm转速下离心，依次用DMSO及乙醇离心洗涤2次，每次洗涤完采用5000r/min的离心速度进行离心20分钟，以除去未反应的酸酐及混合溶剂，得到胶状物。最后，将胶状物分散到pH值为12的氢氧化钠水溶液中，搅拌2h后得到均匀分散的β-甲壳素纳米纤维分散液。该纳米纤维长1-5微米，直径2-3nm，表面羧基含量1.1mmol/g，产率约100％。
实施例4
将20mg KOH分散到20mL DMSO溶液中后，加入0.1g纯化后的小龙虾甲壳素，并在室温下搅拌溶胀5h。随后立即加入320mg(马来酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为8:1)马来酸酐，常温下继续搅拌反应1min，所得产物在10000rpm转速下离心，依次用DMSO及乙醇离心洗涤2次，每次洗涤完采用10000r/min的离心速度进行离心10分钟，以除去未反应的酸酐及混合溶剂，得到胶状物。最后，将胶状物分散到pH值为12的氢氧化钠水溶液中，搅拌0.2h后得到均匀分散的α-甲壳素纳米纤维分散液。该纳米纤维长度约200-240nm，直径3～5nm，表面羧基含量0.9mmol/g，产率约95％。
实施例5
将20mg KOH分散到20mL DMSO溶液中后，加入0.1g纯化后的大闸蟹甲壳素，并在室温下搅拌溶胀5h。随后立即加入80mg(马来酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为2:1)马来酸酐，常温下继续搅拌反应30min，所得产物在10000rpm转速下离心，依次用DMSO及乙醇离心洗涤2次，每次洗涤完采用10000r/min的离心速度进行离心10分钟，以除去未反应的酸酐及混合溶剂，得到胶状物。最后，将胶状物分散到pH值为12的氢氧化钾水溶液中，搅拌2h后得到均匀分散的α-甲壳素纳米纤维分散液。该纳米纤维长度为300-340nm，直径3～5nm，表面羧基含量0.8mmol/g，产率约60％。
实施例6
将20mg LiOH分散到20mL DMAC溶液中后，加入0.1g纯化后的鱿鱼骨甲壳素，并在室温下搅拌溶胀3h。随后立即加入80mg(马来酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为2:1)的马来酸酐，常温下继续搅拌反应1min，所得产物在10000rpm转速下离心，依次用DMSO及乙醇离心洗涤2次，每次洗涤完采用10000r/min的离心速度进行离心10分钟，以除去未反应的酸酐及混合溶剂，得到胶状物。最后，将胶状物分散到pH值为12的氢氧化钾水溶液中，搅拌2h后得到均匀分散的β-甲壳素纳米纤维分散液。该纳米纤维长度为1-5微米，直径3～5nm，表面羧基含量1.1mmol/g，产率约98％。
实施例7
将20mg KOH分散到20mL DMF溶液中后，加入0.1g纯化后的鱿鱼骨甲壳素，并在室温下搅拌溶胀3h。随后立即加入80mg(丁二酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为2:1)的丁二酸酐，常温下继续搅拌反应1min，所得产物在6000rpm转速下离心，依次用DMSO及乙醇离心洗涤2次，每次洗涤完采用6000r/min的离心速度进行离心18分钟，以除去未反应的酸酐及混合溶剂，得到胶状物。最后，将胶状物分散到pH值为12的氢氧化钾水溶液中，搅拌2h后得到均匀分散的β-甲壳素纳米纤维分散液。该纳米纤维长度为1-5微米，直径3～5nm，表面羧基含量1.0mmol/g，产率约100％。
实施例8
将20mg KOH分散到20mL DMSO溶液中后，加入0.1g纯化后的鱿鱼甲壳素,并在室温下搅拌溶胀2h。随后立即加入80mg(马来酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为2:1)的马来酸酐，常温下继续搅拌反应1min，所得产物在10000rpm转速下离心，依次用DMSO及乙醇离心洗涤2次，每次洗涤完采用10000r/min的离心速度进行离心10分钟，以除去未反应的酸酐及混合溶剂，得到胶状物。最后，将胶状物分散到pH值为11的碱性水溶液中，搅拌2h后得到均匀分散的β-甲壳素纳米纤维分散液。该纳米纤维长度为1-5微米，直径3～5nm，表面羧基含量0.8mmol/g，产率约90％。
实施例9
将100mg NaOH分散到20mL DMAC溶液中后，加入0.1g纯化后的鱿鱼骨甲壳素，并在室温下搅拌溶胀5h。随后立即加入320mg(苯甲酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为8:1)的苯甲酸酐，常温下继续搅拌反应30min，所得产物可直接分散在混合溶剂DMAC/NaOH中该纳米纤维长度为1-5微米，直径3～5nm。由于加入的是苯甲酸酐，因此甲壳素中的表面羟基基本被酯基取代。
实施例10
将20mg KOH分散到20mL DMSO溶液中后，加入0.1g纯化后的鱿鱼骨甲壳素，并在室温下搅拌溶胀3h。随后立即加入80mg(乙酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为2:1)的乙酸酐，常温下继续搅拌反应30min，所得产物可直接分散在就是直接分散在DMSO/KOH混合液中，因为接枝的烷基较为疏水，在水中分散性较差中，该纳米纤维长度为1-5微米，直径3～5nm。由于加入的是乙酸酐，因此甲壳素中的表面羟基基本被酯基取代。
实施例11
将20mg KOH分散到20mL DMSO溶液中后，加入0.1g纯化后的海蟹甲壳素，并在室温下搅拌溶胀5h。随后立即加入80mg(丁酸酐和甲壳素结构单元的摩尔比为2:1)的丁酸酐，常温下继续搅拌反应30min，所得产物可直接分散在混合溶剂DMSO/KOH中，该纳米纤维长度约410-450nm，直径3～5nm。由于加入的是丁酸酐，因此甲壳素中的表面羟基基本被酯基取代。
本发明上述的提取方法提取过程整体所需成本低，甲壳素原料经过预溶胀、酸酐修饰后无需使用任何强机械后处理即可制备稳定分散、尺寸均一且具有高长径比的纳米纤维，突破目前均需要高能耗的甲壳素纳米纤维制备技术。
通过上述实施例可知，通过选择不同的甲壳素原料，可以调控纳米纤维的形貌(长径比)。若选择节肢动物外壳，制备得到的纳米纤维长度一般为180-430nm之间；若选择软体动物的骨骼，制备得到的纳米纤维长度一般为1-5微米。同时，采用本发明提取方法，制备得到的纳米纤维直径均在2-5nm之间。
实施例12
将实施例1得到的均匀分散的甲壳素纳米纤维通过砂芯过滤装置真空抽滤2-3天，再自然晾干，即可形成高度透明的甲壳素纳米纤维薄膜。对得到的薄膜进行拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量检测，具体检测数据见以下表1。
实施例13-19
采用实施例2-8制备的甲壳素纳米纤维替换实施例1制备的甲壳素纳米纤维，采用上述实施例12的制备方法，分别得到实施例13-19制备的纳米纤维薄膜。
对实施例12-19制备的纳米纤维薄膜进行拉伸强度、断裂伸长率等性能进行检测，检测结构见表1。
表1实施例12-19制备的纳米纤维薄膜的检测数据
实施例 拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％) 杨氏模量(GPa)
实施例12 100 10 1.5
实施例13 130 45 1.2
实施例14 120 30 1.3
实施例15 95 11 1.3
实施例16 98 12 1.1
实施例17 122 35 0.8
实施例18 125 38 1.1
实施例19 130 44 1.1
由上述表1可知，由本发明得到的均匀分散的甲壳素纳米纤维制备的纳米纤维薄膜，拉伸强度为40MPa以上，断裂伸长率为10％-45％，杨氏模量为0.8GPa以上。因此，由本发明得到的均匀分散的甲壳素纳米纤维制备的纳米纤维薄膜具有很好的拉伸强度、断裂伸长率，硬度适中，在气体分离、电池隔膜、包装等领域具有潜在应用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1：将经过预处理的甲壳素分散到偶极溶剂与碱试剂形成的混合溶剂中，持续搅拌进行预溶胀1～5小时，得到甲壳素悬浮液；
步骤2：将酸酐加入到步骤1中所得的甲壳素悬浮液中，在室温下进行酯化反应1～30分钟，得到在偶极溶剂与碱试剂形成的混合溶剂中分散均匀的甲壳素纳米纤维分散液，所述酸酐和甲壳素中的甲壳素结构单元的摩尔比为1-8:1。
2.根据权利要求1所述的低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其特征在于，其还包括步骤：
步骤3：对步骤2得到的甲壳素纳米纤维分散液进行离心洗涤，得到胶状沉淀；
步骤4：将步骤3中得到的所述胶状沉淀分散到pH值为9～12的碱性水溶液中，搅拌0.2～2小时后得到均匀分散的甲壳素纳米纤维分散液。
3.根据权利要求1或2所述的低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其特征在于，所述步骤1中的预处理为：对甲壳素原料进行纯化处理：在酸溶液中浸泡除去蛋白质，接着在碱溶液中浸泡除去碳酸钙，最后在漂白液中浸泡除去色素。
4.根据权利要求3所述的低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其特征在于：所述在酸溶液中浸泡除去蛋白质，接着在碱溶液中浸泡除去碳酸钙，最后在漂白液中浸泡除去色素为：在2mol/L的盐酸溶液中浸泡48小时除去碳酸钙，在浓度为4％的氢氧化钠水溶液中浸泡48小时除去蛋白质，在80℃的漂白液中浸泡3小时除去色素，再用去离子水洗涤，干燥，得到所述纯化的甲壳素；所述漂白液中各组分的重量百分含量为：0.38％次氯酸钠，0.55％氢氧化钠，1.58％醋酸，其余组分为水。
5.根据权利要求1所述的低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其特征在于：所述甲壳素原料为下列中的一种：节肢动物外壳或软体动物的骨骼。
6.根据权利要求1所述的低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其特征在于：所述步骤1所用的偶极溶剂下列中的一种：二甲亚砜、二甲基乙酰胺、或N、N-二甲基甲酰胺。
7.根据权利要求1所述的低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其特征在于：所述步骤1所用的碱试剂为下列中的一种：氢氧化锂、氢氧化钾或氢氧化钠，所述偶极溶剂与碱试剂形成的混合溶剂中，碱试剂的浓度为0.2～5mg/mL。
8.根据权利要求1所述的低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其特征在于：所述步骤2中的酸酐为下列中的一种：乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐或苯甲酸酐。
9.根据权利要求2所述的低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其特征在于：所述步骤2中的酸酐为马来酸酐或丁二酸酐。
10.根据权利要求1所述的低能耗的甲壳素纳米纤维提取方法，其特征在于：所述步骤4中的碱性水溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，所述得到的甲壳素纳米纤维分散液中，甲壳素纳米纤维的重量百分含量为0.05％-0.5％。
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