[发明专利]一种农业秸秆废弃物提取超细纤维的制备方法

说明书

本发明提供了一种超细纤维的制备方法，将农业秸秆废弃物进行预处理后与质量浓度为3～20％的NaOH或KOH的水溶液混合在50～90℃活化，然后在‑7～‑14℃低温搅拌得到超细纤维。本发明以农业秸秆废弃物为原料，利用一定浓度的NaOH或KOH的水溶液对秸秆颗粒进行高温活化，去除秸秆表面的硅酸盐、分离部分木质素以及溶胀纤维素，分离后的碱液可以回收利用，再经过低温搅拌，在低温环境中利用搅拌的剪切力使木质素发生完全剥离，实现了木质素与纤维素的充分分离，并且避免使用高温、高压等处理方法，减少对设备的损耗，提高生产过程中的安全性；得到的超细纤维直径均一且尺寸更低。

技术领域

本发明涉及天然生物质纤维制备技术领域，特别涉及一种超细纤维及其制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，在化石资源日趋减少，环境压力日益加剧，能源需求和石油价格持续上升的背景下，可再生的天然绿色资源受到人们的极大关注。为了解决环境和能源的压力，寻找可再生的环保资源已成为世界各国最紧迫的任务。生物质资源是人类赖以生存的基本物质来源，其中仅10％被利用作为人类食物和工业原料，而90％的非食用部分未被有效利用。其中，农业生产过程中产生了大量的秸秆纤维废弃物。据统计，目前全国秸秆年产量已超过8亿吨，其中可回收的秸秆资源约7亿吨；可回收秸秆资源中，直接还田的约15.0％，用于生产动物饲料的约30.7％，用于工业能源的约17.9％，用于材料制备等其他项目领域的仅占5.25％(其中用作造纸等工业原料量约占2.6％)，直接废弃燃烧的秸秆资源比例高达31.6％(孙娇.我国农作物秸秆综合利用分析[J].农村牧区机械化，2015(1)：19-21.)。为积极应对能源、环境和气候挑战，各国都不同程度地加快了可再生纤维的综合利用步伐。生物质秸秆纤维是当前最具潜力的新材料之一，通常具有质轻，比强度高的特点，在造纸、板材、餐饮具、包装、复合材料等领域有广泛的应用。

传统的秸秆处理方法有物理粉碎、酸解、高温碱煮、蒸汽爆破等，所得产物多为微晶纤维素，这些纤维直径粗(约50μm)，长径比低。并且，这些微晶纤维素在板材、包装、复合材料等中的增韧效果有限，经济效益不明显。此外，传统的处理方法产生的大量酸、氧化剂废液无法回收利用，限制了其大规模的工业应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超细纤维及其制备方法。本发明提供的制备方法简单，避免了大量酸和氧化剂废液的产生，且制备得到的纤维更细。

本发明提供了一种超细纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将农业秸秆废弃物进行预处理，得到秸秆颗粒；

(2)将所述步骤(1)得到的秸秆颗粒与碱液混合，活化得到活化产物；所述碱液为NaOH或KOH的水溶液，所述碱液的质量浓度为3～20％；所述活化的温度为50～90℃；

(3)将所述步骤(2)得到的活化产物进行低温搅拌，得到超细纤维；所述低温搅拌的温度为-7～-14℃。

优选的，所述步骤(2)中碱液的质量浓度为6～12％。

优选的，所述步骤(2)中活化的时间为0.5～2h。

优选的，所述步骤(2)中的活化在搅拌条件下进行。

优选的，所述步骤(3)中低温搅拌的速率为200～1000r/min。

优选的，所述步骤(3)中低温搅拌的时间为1～4h。

优选的，所述步骤(1)中的预处理依次包括粉碎和洗涤。

优选的，所述洗涤的洗涤剂为水，所述洗涤的温度为60～90℃。

优选的，所述步骤(3)的低温搅拌后还包括依次进行的离心、过滤、洗涤和干燥。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的超细纤维，所述超细纤维的直径为4～6μm。