[发明专利]一种制备纤维素微纳米纤丝的方法

说明书

技术领域

本发明属于制浆造纸和天然高分子材料技术领域，尤其是一种制备纤维素微纳米纤丝的方法。

背景技术

农业废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质，例如，农田和果园残留物(秸秆、杂草、落叶、果实外壳、藤蔓、树枝等)、禽畜粪便、农产品加工废弃物、人类生活废弃物。通常所说的农业废弃物主要是指农作物秸秆和畜禽粪便。作为一个农业大国，我国每年的农业废弃物的产量巨大，已经成为世界上农业废弃物产出量最大的国家，其中，农作物秸秆年产量达5.0×10⁸吨，茎叶等约10⁹吨，城市垃圾在7×10⁴吨以上。随着我国经济的快速发展、科技水平的提高，工农业生产的迅速发展以及人口数量的持续增加，人们的生活方式也发生了巨大的改变，原来可用于农业肥料和生活燃料的农业废弃物的利用越来越少，废弃物的增量变大，而且以年均5％～10％的速度递增。然而，这类资源中的绝大部分没有得到充分有效地利用，大部分被废弃或者燃烧，例如，每年北方地区屡禁不止的秸秆燃烧问题，这不仅造成了生物质资源的浪费，更对环境造成了巨大的污染。因此，如何合理利用农业废弃物资源越来越受到大众和广大科研人员的关注。实现农业废弃物变“废”为“宝”对于缓解我国能源压力，保护生态环境，促进农业的可持续发展具有重大意义。

玉米是我国的三大粮食作物之一，在我国北方有大面积种植。据2013年国家统计局数据库显示：2012年，中国的玉米产量为2.06×10⁸吨。玉米芯约占玉米质量的16％～18％，大约有3.3×10⁷～3.7×10⁷吨的玉米芯能够被利用。玉米芯是玉米果穗脱去籽粒后的穗轴。玉米芯资源具有来源丰富、纤维素含量高、木素含量低、堆积密度高、粒径小等优点，因而被广泛用于生产各种工业产品，如糠醛、木糖、低聚木糖、木糖醇、乳酸等。玉米芯残渣是从玉米芯中提取木糖过程中产生的残留物，其主要成分为纤维素，约占其干重的一半以上，是一种很好的生物质资源。然而，玉米芯残渣常被作为一种固体废弃物直接燃烧，这样不仅能量回收率低，也引起了一系列的环境问题。农业废弃物中富含纤维素，是制备和生产纤维素基产品的一种理想原料，例如可用来制备纤维素微纳米纤丝。

目前，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种制备纤维素微纳米纤丝的方法，该方法开辟了以玉米芯残渣为原料的天然纤维素高性能基材的利用途径，丰富了纳米纤维素的原料来源，对于实现农业废弃物的高效和高值化利用具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种制备纤维素微纳米纤丝的方法，步骤如下：

⑴将收集到的玉米芯残渣原料置于阴凉通风处风干，磨解粉碎，筛选以去除粗大的颗粒，筛选过程中选用20～80目筛之间的级分，收集筛选后的原料置于密封装置中存储备用；

⑵将经上述步骤⑴中处理好的玉米芯残渣原料用甲苯和乙醇混合溶液进行抽提处理，以除去抽出物，将抽提后的原料风干、收集，置于密封装置中保存；

其中，所述甲苯：乙醇的体积比为2:1-4:1；

⑶将抽提后的玉米芯残渣原料进行处理以脱除原料中的非纤维素类物质，该处理工艺分三段反应阶段进行，包括：第一段采用相对于绝干浆料质量3％-20％的NaOH和相对于绝干浆料质量0.5％-10％的纯H₂O₂，固液比为1:7-1:20，温度30～90℃，时间30～240min；第二段采用相对于绝干浆料质量0.05％-5％的二氧化氯，固液比为1:5-1:20，温度35～100℃，时间30～100min，漂终pH控制在3.5～6.0；第三段采用相对于绝干浆料质量0.05％-5.0％的二氧化氯，固液比为1:5-1:20，温度35～100℃，时间30～60min，漂终pH控制在3.0～6.0；

每个处理阶段反应结束后，将浆料用清水洗至中性，过滤，脱水，收集固体，然后置于4±1℃冷藏的条件下贮存、备用；

⑷通过化学改性增加纤维素纤维在水相中的分散性：