一種基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法技術

本發明專利技術提出了一種基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法，屬于納米晶纖維素制備的技術領域，用以解決納米晶纖維素制備中硫酸用量大、熱穩定性差的技術問題。本發明專利技術包括以下步驟：(1)提取煙草廢棄物中的纖維素；(2)將纖維素在硫酸

【技術實現步驟摘要】
一種基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法


[0001]本專利技術屬于納米晶纖維素制備的
，尤其涉及一種基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法。

技術介紹

[0002]我國是煙草種植大國，每年煙葉產量約300萬噸，其中約有25％
?
30％的煙葉、煙末等下腳料不能用于卷煙生產，估計全國煙草廢棄物的總量在150萬噸以上。煙草廢棄物中約含有豐富的纖維素，粗纖維含量基本在35％左右。若對這些廢棄物進行合理利用，不僅可以獲得符合綠色衛生標準的天然化工原料，也可以減輕煙草廢棄物帶來的土質和土壤結構的改變，避免有害成分的污染。因此，合理開發利用煙草廢棄物這一豐富的副產品資源，使之變廢為寶，可產生巨大的經濟效益和良好的社會效益與環境效益。
[0003]纖維素是世界上最豐富、來源分布最廣泛的可再生生物資源，成本低、生物性能良好，但由于其本身結構緊密，分子間存在氫鍵，不溶于大多數溶劑，導致其無法很好地被利用。纖維素經過化學、物理、生物等方法將某一維度上的尺寸減小到納米級別纖維素，尺寸不超過幾微米，同時兼具納米材料的理化特性和纖維素材料的生理特性，具有大比表面積、高強度、大長徑比等優良特性，在復合材料、生物醫藥、食品、化工等領域具有較高的應用價值。
[0004]根據納米纖維素的形態，可分為以下四類：晶體形納米纖維素(納米晶纖維素，CNC)、纖絲狀納米纖維素(纖維素納米纖絲，CNF)、球形納米纖維素和片狀納米纖維素。納米晶纖維素(CNC)主要制備方法為纖維素分子經過化學(酸、離子液體等)、物理、生物方法(酶催化法)降解其中的非結晶區，將結晶區保留下來的短棒狀或者針狀的晶體物質。單一硫酸酸解法是最常用的方法，但在制備過程中需使用大量的濃硫酸，且存在酸回收困難、腐蝕設備等問題。例如專利公開號CN108299563A一種硫酸催化有機酸水解制備球形纖維素納米晶的方法，采用無水草酸或馬來酸與濃硫酸混合的方式提取纖維素納米晶，但是，該工藝仍然需要采用濃硫酸。再者，專利公開號CN 111548426A與CN 112010985A分別公開了采用二水合草酸和氯化膽堿、檸檬酸和甜菜堿混合制備低共熔溶劑，低共熔溶劑與濃硫酸混合制備纖維素納米晶體，但是，采用上述兩種低共熔溶劑所制備纖維素納米晶體的熱解溫度低，熱穩定性較差。

技術實現思路

[0005]針對納米晶纖維素制備中硫酸用量大、熱穩定性差的技術問題，本專利技術提出一種基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法，采用硫酸
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低共熔溶劑耦合水解纖維素制備納米晶纖維素，通過加入低共熔溶劑降低硫酸用量，并且納米晶纖維素熱分解溫度高，穩定性好。
[0006]為了達到上述目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的：
[0007]一種基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法，包括以下步驟：
[0008]提取煙草廢棄物中的纖維素；
[0009]將纖維素在硫酸
?
低共熔溶劑耦合溶液中溶脹酸解，得到納米晶纖維素懸濁液，將納米晶纖維素懸濁液離心分離、透析、干燥得到納米晶纖維素；
[0010]所述硫酸
?
低共熔溶劑耦合溶液包括硫酸溶液和低共熔溶劑。
[0011]所述纖維素與硫酸
?
低共熔溶劑耦合溶液的料液比為1：(5
?
10)g/mL。
[0012]所述低共熔溶劑包括有機酸和多元醇，有機酸和多元醇的質量比為1：(1
?
4)。
[0013]所述有機酸為草酸、乳酸或馬來酸中的任意一種或兩種以上，此外還可以為其他類型的多元羧酸；所述多元醇為丙三醇或乙二醇。
[0014]所述硫酸溶液與低共熔溶劑的質量比為1：(0.25
?
3)。
[0015]所述硫酸溶液的濃度為25
?
35wt％。
[0016]所述溶脹酸解的溫度為80
?
100℃，時間為3
?
5h。
[0017]所述步驟(1)中提取煙草廢棄物中的纖維素的方法為：將煙草廢棄物粉末與NaOH溶液攪拌混勻，高溫回流，加入H2O2溶液，經過分離、洗滌、干燥后獲得纖維素。
[0018]所述煙草廢棄物粉末與NaOH溶液的料液比為1：(8
?
20)g/mL；所述煙草廢棄物粉末粒度為100
?
200目，NaOH溶液的濃度為1
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5wt％。
[0019]所述高溫回流的溫度為70
?
100℃，時間為60
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90min；高溫回流后的溶液溫度為50
?
80℃時加入濃度為3
?
30wt％的H2O2溶液，保持此溫度30
?
90min，煙草廢棄物粉末與H2O2溶液的料液為1：(0.5
?
2)g/mL。
[0020]本專利技術的有益效果：本專利技術的制備纖維素納米晶體方法，反應條件比較溫和，所制備纖維素納米晶的熱解溫度為379℃，更為穩定，單獨多元醇可使纖維素充分溶脹，當多元醇和羧酸組成低共熔溶劑時，使纖維素溶脹更充分，獲得的納米晶纖維素結晶度更高，因而更穩定。在制備過程中通過NaOH溶液和H2O2除去煙草廢棄物中的雜質和木質素，所得的產物經膜透析處理純度更高。本專利技術在制備的過程中采用稀硫酸，通過低共熔溶劑降低了硫酸的使用量，使制備過程更為安全，同時又能提高纖維素納米晶的得率。
[0021]本專利技術以煙草廢棄物為原料，變廢為寶，提供了一種環保、有效和工藝簡單的制備方法，得到的纖維素納米晶形態疏松、結晶度高和熱性能良好。
附圖說明
[0022]為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本專利技術實施例3獲得的納米晶纖維素的掃描電鏡(SEM)圖。
[0024]圖2為本專利技術實施例3獲得的納米晶纖維素的X射線衍射(XRD)圖。
[0025]圖3為本專利技術實施例3獲得的納米晶纖維素的熱解(TG)圖。
具體實施方式
[0026]下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于
本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。
[0027]煙草廢棄物制備的納米晶纖維素得率
[0028]利用下列公式計算得率：
[0029]得率＝(m2/m1)*100％
[0030]式中：m1為煙草廢棄物粉末質量，m2為干燥后納米晶纖維素質量。
[0031]實施例1
[0032]一種基于煙草廢棄物的納米晶纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)提取煙草廢棄物中的纖維素；(2)將纖維素在硫酸
?
低共熔溶劑耦合溶液中溶脹酸解，得到納米晶纖維素懸濁液，將納米晶纖維素懸濁液離心分離、透析、干燥得到納米晶纖維素；所述硫酸
?
低共熔溶劑耦合溶液包括硫酸溶液和低共熔溶劑；所述低共熔溶劑包括有機酸和多元醇。2.根據權利要求1所述的基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法，其特征在于，所述纖維素與硫酸
?
低共熔溶劑耦合溶液的料液比為1：(5
?
10)g/mL。3.根據權利要求1所述的基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法，其特征在于，所述有機酸和多元醇的質量比為1：(1
?
4)。4.根據權利要求1所述的基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法，其特征在于，所述有機酸為草酸、乳酸或馬來酸中的任意一種或兩種以上；所述多元醇為丙三醇或乙二醇。5.根據權利要求1所述的基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法，其特征在于，所述硫酸溶液與低共熔溶劑的質量比為1：(0.25
?
3)。6.根據權利要求1所述的基于煙草廢棄物的纖維素納米晶的制備方法，其特征在于，所述硫酸溶液的濃度為25
?
35wt％。7.根據權利要求1所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳麗娟，宋祖國，楊建禮，吳成春，劉振宇，姚思愚，葛暢，左滿興，張二強，潘廣樂，趙敏，胡慧博，石棟棟，
申請(專利權)人：陜西中煙工業有限責任公司，
類型：發明
國別省市：