[发明专利]一种酶预处理结合机械研磨制备纳米纤维素的方法

说明书

本发明公开了一种酶预处理结合机械研磨制备纳米纤维素的方法，该方法不需要添加任何化学试剂，污染程度小，而且采用酶预处理降低了机械研磨的能耗。其特征在于，包括如下步骤：1）桉木纸浆经润胀一定时间后，过滤；2）过滤后的纸浆经pH值为4.8~5.5的缓冲溶液溶解，并加入一定量的纤维素复合酶，在50℃的摇床中恒温震荡一定时间后，在80℃震荡30min中止酶反应，用蒸馏水清洗至中性；3）酶解后的纸浆配成一定质量分数的溶液，进行研磨处理两次，得到半透明的纳米纤维素溶液。本发明以桉木纸浆为原料，采用酶预处理结合机械研磨法，制备具有绿色无污染、节能环保的生物质纳米纤维素材料，该方法符合现代社会绿色环保的要求。

技术领域

本发明涉及一种酶预处理结合机械研磨制备纳米纤维素的方法，该方法绿色环保、操作简易，获得的纤维素纳米纤丝，属于天然高分子领域、也属于林业工程、包装工程、新材料领域。

背景技术

纤维素是木材及农作物秸秆的主要组分，约占木材及农作物秸秆重量的50％，是自然界中最丰富的生物材料，在植物界分布非常广泛，属于自然界中取之不尽，用之不竭的可再生天然高分子材料，随着全球资源的减少以及环境污染等问题的出现，纤维素及其衍生产品的开发利用成为极具重要意义的研究项目之一。纤维素资源的廉价、来源广泛、绿色成为一种可持续发展的新资源。随着纳米科学的快速发展，在纳米尺度范围内操控纤维素分子，并获得性能优异的纳米纤维素新材料，成为目前林业科学发展的一个热点研究领域。

纳米纤维素的粒径一般在15～100nm之间，具有较高的比表面积，在水中易分散形成稳定的纳米纤维素胶体。纳米纤维素显现出的小尺寸效应、量子效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特点，使其在吸附、催化、扩散烧结、电、磁、光等物理、化学、力学特性等都与宏观物体显著不同，具有许多优良的特性，如高结晶度、高纯度、高杨氏模量、高强度、高亲水性、超精细结构和高透明性等，加之具有天然纤维素轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，使其广泛的应用于造纸、生物医药、化妆品、食品工业、储能、吸附过滤材料、建筑业等领域，被评为21世纪最具有应用前景的新材料之一。纤维素本身具有纳米尺度结构的纤维，从天然纤维中分离出的纳米纤丝具有低密度、高强度、比表面积大，表面活性高、可生物降解等优点，在医药卫生，电子工业，精细化工，增强材料等领域具有巨大的应用前景。从生物质纤维素到纳米材料，利用其分子结构、化学性能制备特殊功能化产品，提高生物质纤维素的附加值和利用效率，不仅仅是林木产业发展的需要，更已成为国家经济社会发展的迫切需要。

由于纤维素极具潜力的应用价值，目前，世界各国均展开了对纤维素的研究工作，包括对纳米纤维素的大规模制备，同时也取得了许多成果。在目前的研究中，制备纳米纤维素的方法多种多样，简单的分为机械法(高压均质、微射流、研磨法、冷冻粉碎)、化学法(酸水解、TEMPO氧化)，生物法等。由于机械法制备纳米纤维素不需要添加化学试剂，污染程度小，因此，机械法是纳米纤维素制备的主要方法，国外一些国家已经实现了纳米纤维素的中试规模化制备。但是由于植物纤维的多层结构以及纤维素聚集状态结构复杂，制备纳米纤维素对设备要求高，耗能高，效率低。而采用化学法预处理，设备易腐蚀，且环境污染大。因此，采用纤维素酶预处理可以有效降低能量消耗，提高生产效率。纤维素酶可以通过将纤维素大分子链切断成小片段以达到水解纤维素纤维的目的。酶处理是一个温和的生物过程，纤维素酶可以柔化、胀化纤维，增加细胞壁的分层，加速纤维素纳米化，有利于机械处理。此外，纤维素酶专一性强，为可再生资源，符合现代社会绿色环保的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种酶预处理结合机械研磨制备纳米纤维素的绿色简易方法，其目的在于克服机械制备方法的高能耗，采用酶预处理实现绿色的工业化生产，该方法成本低，效率高，对环境没有污染，所制备的微、纳米尺度的纤维素纤丝，可以用于电子纸、光学透明纸、太阳能电池、高性能复合纸等具有高附加值产品或行业。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

(1)准确称取一定质量的纸浆，撕剪成小碎块；