[发明专利]一种基于糠醛渣的木质素-纳米纤维素凝胶复合材料的制备方法

说明书

本发明属于高性能纳米复合材料领域，公开了一种基于糠醛渣的木质素‑纳米纤维素凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将经水洗除杂后的糠醛渣加入水中，配制成糠醛渣悬浮液；（2）将糠醛渣悬浮液进行机械研磨，得到含木质素的纤维素粗产物悬浮液；（3）将含木质素的纤维素粗产物悬浮液与纳米纤维素悬浮液混合后，进行高压均质处理，得到含木质素的纳米纤维素悬浮液；（4）在含木质素的纳米纤维素悬浮液中加入聚乙烯醇，加热至聚乙烯醇完全溶解，得到混合液，然后，将混合液倒入模具内，室温静置12～24h，得到木质素‑纳米纤维素凝胶复合材料。本发明制备的凝胶复合材料在生物医用、紫外屏蔽、智能器件等领域具有潜在的应用。

技术领域

本发明涉及高性能纳米复合材料领域，具体涉及一种基于糠醛渣的含木质素纳米纤维素凝胶复合材料的制备方法。

背景技术

糠醛（2-Furaldehyde）是一种非常重要的基本化工原料，主要以农林废弃物（玉米芯、棉籽壳、甘蔗渣、木材碎屑）等生物基原料经水解、精制等工艺制备得到。中国是糠醛第一生产和出口大国，年产能达30～35万吨，而糠醛的生产主要采用酸催化水解工艺，每生产1吨糠醛约产生10～12吨的湿糠醛渣，由此产生的大量糠醛渣，如果不进行有效利用，不仅会对环境造成极大的污染，同时也造成巨大的浪费。糠醛渣的主要成分为纤维素、木质素，同时含有少量的无机盐，目前糠醛渣主要用于土壤改良剂，制备多孔碳材料，或当作燃料进行焚烧处理，经济附加值较低，而且糠醛渣中残留大量的纤维素和木质素未得到充分利用，因此，进一步提升对糠醛渣的高值化利用，提高其经济附加值具有重要的现实意义。

纤维素是自然界最为丰富的生物基材料，具有纳米尺度结构，通过对纤维素进行一系列的化学酸解及物理剥离分散处理，可以得到高性能的纳米纤维素（Nanocellulose），包括纤维素纳米晶体（高度结晶）和纤维素纳米纤维（半结晶结构）。纳米纤维素在直径上为纳米尺度，具有较高的长径比、超高的比表面积、质轻、高杨氏模量、高强度、高透明性和良好的生物相容性，其作为复合材料增强剂具有巨大优势。木质素是天然多羟基芳香族化合物，作为纤维素和半纤维素的粘合剂，是构成植物细胞壁的成分之一，同时具有一定的抗氧化和抗菌活性。由于木质素的疏水特性，使带有木质素的纤维素纳米材料具有两亲特性，与低极性的聚合物具有更好的相容性，可作为一类高性能的纳米材料加以应用。

纳米纤维素的制备过程通常需要使用大量高浓度的无机酸、碱及氧化剂等化学方法进行处理，去除纤维素中含有的半纤维素和木质素，但是这些方法会产生大量的废液，不仅对环境造成较大影响，同时也制约了其工业化生产，因此，在制备工艺中保留或仅少量去除木质素，直接制备含有木质素的纳米纤维素功能材料（Lignocellulose nanofibers,LCNFs）是一种有效的解决办法，通过将其添加到相应的复合材料中，例如传统的水凝胶或气凝胶中，除了改善材料的机械性能，同时赋予其一定的功能化特性，因此具有广阔的应用前景（ Journal of Bioresources and Bioproducts，2019，4，3-10）。

发明内容

针对现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种基于糠醛渣的木质素-纳米纤维素凝胶复合材料的制备方法。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于糠醛渣的木质素-纳米纤维素凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤；

（1）将经水洗除杂后的糠醛渣加入水中，配制成糠醛渣悬浮液；

（2）将步骤（1）得到的糠醛渣悬浮液进行机械研磨，得到含木质素的纤维素粗产物悬浮液；

（3）将步骤（2）得到的纤维素粗产物悬浮液与纳米纤维素悬浮液进行混合，得到混合悬浮液；将混合悬浮液进行高压均质处理，得到含木质素的纳米纤维素悬浮液；