[发明专利]一种机械球磨预处理甘蔗渣漂白浆制备纤维素基水凝胶的方法

说明书

本发明公开了一种机械球磨预处理甘蔗渣漂白浆制备纤维素基水凝胶的方法，包括下步骤：(1)甘蔗渣漂白浆的预处理；(2)预处理蔗渣纤维素的溶解；(3)纤维素的化学交联；(4)交联纤维的凝胶化。相对于传统的蔗渣纤维素基水凝胶的制备方法，本发明通过机械球磨的预处理方式，降低甘蔗渣漂白浆纤维素的聚合度和结晶度，增加了纤维素分子中的活性羟基的数量，实现了将天然蔗渣纤维素直接溶解于氢氧化钠/尿素溶液中，并对其进行均相化学交联改性，达到制备蔗渣纤维素基水凝胶的目的。本发明利用甘蔗渣漂白浆为原料，以机械球磨作为预处理强化手段制备蔗渣纤维素水凝胶，具有高效、操作简单、环境友好和反应条件温和等优点。

技术领域

本发明属于天然高分子技术领域，具体涉及一种机械球磨预处理甘蔗渣漂白浆制备纤维素基水凝胶的方法。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭，如何从深度和广度上开发利用天然高分子化合物已成为国内外学者普遍关注的课题。甘蔗渣的主要成分中纤维素为32～48％、半纤维素19～24％、木质素23～32％、灰分约4％，是一种富含纤维素且非常具有应用潜力的生物质资源。作为自然界最宝贵的天然可再生资源，纤维素具有廉价易得、可生物降解等优点，纤维素这种可持续发展的再生资源的应用越来越受到重视，纤维素可广泛替代石油化工原料，对缓解世界能源与环境问题有着深远意义。虽然纤维素分子链上存在大量理论上可以产生化学反应的羟基，但是天然纤维素是一种高聚合物，具有较高的结晶度，结晶区分子排列紧密。这种独特的分子结构使水、酶及大多数化学试剂不易触及结晶区内的分子。高结晶度和高聚合度的特点大大限制了纤维素的改性可能，缩小了纤维素的深加工领域。所以寻求一种能有效增大药剂对纤维素结晶区的可及度以提高纤维素反应活性的预处理工艺，十分具有必要性。植物纤维预处理的方法，大致有物理法、化学法、生物法预处理及不同方法的联合预处理这四大类。化学法具有高效快速、针对性强等优点，但是该过程使用强酸强碱，腐蚀性强，对设备安全性要求高，成本较大；生物处理法的优势是不需要添加化学试剂，处理条件温和，但处理时间很长，往往需要数天甚至更长；物理法中的机械活化法具有反应时间短、操作方便，易于控制等优点。

改性纤维素水凝胶是一种在水中溶胀却不溶解的三维结构亲水高分子聚合物，主要是通过接枝聚合反应的方式将单体接枝到天然高分子材料上，具有高度的吸水性，良好的保水性、对外界环境敏感、可生物降解等优良特性。水凝胶在生物医学和缓释药物、水环境吸附、农业保水、温敏材料等领域被广泛应用。

中国专利CN 108976440 A公开了一种甘蔗渣半纤维素制备水凝胶的方法，该发明将甘蔗渣研磨、筛分得到合格原料，将其苯-醇液抽提及乙二胺四乙酸金属离子螯合处理后，采用碱性过氧化氢溶解/醇沉得到原料中的半纤维素，继而选用四甲基哌啶氧化物/次氯酸钠/氢氧化钠反应体系选择性氧化半纤维素，通过氧化半纤维素与络氨进行偶联反应，其产物经山葵根过氧化物酶和过氧化氢诱导交联，形成水凝胶；制得的凝胶呈浅黄色块状，具有较强的压缩应变能力。但是该法中对甘蔗渣的脱脂处理，半纤维素提纯和半纤维素的氧化过程等都是操作复杂操作过程，工艺成本高，不利于大规模生产，而且只利用到了甘蔗渣中的含量较少的半纤维素，因此该方法不能实现甘蔗渣中综纤维素的高效利用。