[发明专利]一种天然高结晶度植物纤维素及其制备方法

说明书

本发明公开了一种天然高结晶度植物纤维素及其制备方法，该方法是高效开发利用生物质藻类资源的有效途径之一。具体为将采集的藻类原料洗涤干净，去除杂质，自然风干，机械粉碎。酸性条件下，采用次氯酸钠氧化去除色素组分，反应结束洗至中性，固液分离。固体残渣采用碱性氢氧化钠处理去除其蛋白质组分，反应结束洗至中性，固液分离。继续采用稀盐酸溶液水解固体残渣中的钙盐等无机盐组分，反应结束，洗至中性，固液分离，干燥，制得纯度和结晶度较高的纤维素。本发明从天然生物质中提取获得了具有微细、网络交织微观结构的高纯度、高结晶度纤维素，为可再生高结晶度纤维材料的开发提供技术支持。

技术领域

本发明涉及可再生生物质基材料领域，具体涉及一种天然高结晶度植物纤维素及其制备方法。

背景技术

天然植物纤维通常有结晶区和非结晶区组成。结晶区内微晶排列紧密，相互之间的结合力大，宏观上表现即结晶区高的纤维，耐磨性、强度以及刚度等性能较好。高结晶度的微纳纤维在复合材料纳米材料中也展现出特殊的光学性质。此外，结晶度高的纤维表面大量羟基基团通过氢键构成巨大的氢键网络，与外界水分子结合的氢键作用减少，吸湿性能变低，热稳定性能提高，是开发高性能可再生纳米材料或者药物载体的重要原料。

广泛分布于淡水湖泊、河流或沿海浅水域的绿藻，是由单列细胞或者多细胞组成的、多分支生物质，组分复杂，主要由蛋白质、矿物质、碳水化合物、色素等组成。藻体细胞均具有分裂能力，但通常只有顶部的细胞大量产生新的细胞，从而在水中很快形成繁茂的分支系统，破坏水体环境的生态平衡。如何利用绿藻快速繁殖的优势，高效开发绿藻基高附加值产品，已成为全球多个国家急需解决的问题。研究发现藻体中纤维结构特性与高纯度细菌纤维素有较多相似之处，主要由结晶区组成，因此高效去除杂质组分，获取高纯度绿藻纤维素成为分离制备天然高结晶度植物纤维素的重要途径。本发明将通过一系列复杂的工艺，提取制备高纯度、高结晶度的植物纤维素，为可再生纤维基材料的开发与利用提供新型的纤维素来源。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然高结晶度植物纤维素及其制备方法，该方法包括藻体色素脱除、蛋白质脱除、钙质等矿物组分去除等工艺，高效去除杂质组分，获取高纯度的绿藻基纤维素，为可再生纤维基材料的开发与利用提供纤维素来源。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种天然高结晶度植物纤维素的制备方法，包括以下步骤：

（1）将绿藻洗涤，去除杂质，自然风干，机械磨碎，得绿藻粉末；

（2）在酸性条件下，采用次氯酸钠氧化去除绿藻粉末中的色素，反应结束后将反应液洗至中性，再固液分离；

（3）将步骤（2）分离所得固体残渣置于氢氧化钠溶液中，反应去除蛋白质，反应结束后将反应液洗至中性，再固液分离；

（4）采用稀盐酸溶液酸性水解步骤（3）所得固体残渣中的钙盐等无机盐，水解结束后将水解液洗至中性，干燥，得纯度较高、结晶度较高的植物纤维素。

优选的，步骤（1）所述的绿藻来自淡水河流、湖泊或者浅海水域。

优选的，步骤（1）所述的绿藻为单列细胞或者多细胞生绿藻，具体为刚毛藻属、水绵属、栅藻属、小球藻属等藻类。

优选的，步骤（2）所述次氯酸钠氧化的步骤为：在40~70℃下，将绿藻粉末、次氯酸钠、pH为4.0~5.0的醋酸-醋酸钠缓冲溶液以固液比为1:5~1:20搅拌均匀，反应3~6 h，所述次氯酸钠的用量为绿藻粉末的10~40 wt%。

优选的，步骤（2）所述氯酸钠氧化的过程中原料的颜色由绿色或黄绿色被漂白至白色或乳白色。

优选的，步骤（3）中，固体残渣与氢氧化钠溶液的固液比为1:8~1:15，所述氢氧化钠溶液中的氢氧化钠为固体残渣质量的10~25 wt%，反应的温度为50~70℃，反应的时间为3~6 h。