低强度超声波辅助氨基酸离子液体制备纳米纤维     DATE: 2019-09-26 17:09

  纳米纤维素( NCC )是至少一维尺寸达到1——100nm,并可以在水中分散形成稳定悬浮液的纤维素晶体。NCC是一种可再生的纳米材料,◆◁•是目前研究的前沿和热点。△它拥有一些优越的性能,□▼◁▼如特有的光学性质、流变性能和机械性能等,以及具有生物材料的轻质、可降解、生物相容性及可再生等特性,使其具有广泛的应用价值,可以作为纳米复合材料中的增强材料,▲●…△以及用于生物医药、造纸包装﹑食品添加剂、▼▲电子器件等诸多领域。

  目前制备NCC的方法整体上可分为物理机械法、化学法和生物法,但均存在着一些缺点,如物理机械法能耗较高、化学法成本高、生物法耗时长等,都将制约着NCC进一步的发展。在此,提供一种低强度超声波辅助氨基酸离子液体制备纳米纤维素的方法。

  氨基酸离子液体是一种性能优异、安全环保的绿色溶剂,具有化学稳定性、热稳定性、不燃性及极低蒸汽压的优点,能回收和重复使用,并且在溶解和分离木质纤维素方面拥有很好的作用效果。在低强度超声波辅助过程中,▲★-●超声波的空化作用会形成机械振动能量和振动波,更有利于促进纤维内部发生细纤维化,在这种条件下,玉米秸秆中的纤维链间氢键破坏,逐步将生物质纤维分解成纳米纤丝化纤维。•●利用农业废弃物玉米秸秆作为初始原料,能降低成本,且整个制备过程绿色环保,制得的纳米纤维素粒径均一、性能优良、得率高,可将其应用于柔性电子显示屏领域。

  (1)氨基酸离子液体的预处理:将粉碎后的玉米秸秆(尺寸优选为30——60目)与氨基酸离子液体(优选为甘氨酸离子液体、赖氨酸离子液体或丙氨酸离子液体)在60——100℃的温度下均匀混合(即粉碎后的玉米秸秆与氨基酸离子液体的质量比例为1——8:100),处理1.0——5.0h后得到混合物。

  (2)超声处理:将得到的固液混合物放在超声水浴仪中进行超声处理。超声处理的条件为:功率50——200W,温度控制在25——35℃,处理时间10——40min。

  (3)后处理:将超声处理后的混合物进行离心分离(转速为3000——10000r/min,离心时间10——30min)、干燥处理(冷冻干燥处理的条件为:温度为-60——-30℃,时间为12——36h),得到固态的纳米纤维素。★-●△▪️▲□△▽极速快三投注网站纳米纤维素的性能指标:得率为21.63%——36.07%;直径为14——284 nm;长度为79——1286nm。

  对于NCC而言,结晶度越高,热稳定性越好。现有市场上购买的NCC的结晶度一般在70%——75%左右。NCC结晶度的提高是比较困难,不仅要考虑得率,还要兼顾尺寸方面的要求,另外制备过程还要考虑成本等相关问题。通常,一般得率增加,结晶度呈现增加的趋势,直径和长度会呈现下降的趋势,这是因为纤维素降解过程的实质就是去掉无定形区,保留结晶区的过程。得率越高,结晶区保留的就越多,无定形区去掉的就多,◇•■★▼结晶度相对越高;与此同时,纤维长度就变短。采用“低强度超声波辅助氨基酸离子液体”结合法,能解决单一的氨基酸离子液体制备的NCC结晶度不高﹑热稳定性较差等问题,★◇▽▼•能提高NCC的产品质量。

  (1)采用农业废弃物玉米秸秆作为初始原料,具有原料来源丰富、成本低的特点,符合国家废弃物循环利用及可持续发展战略。

  (2)超声波没有选择性,口▲=○▼采用低强度超声波,是一种绿色环保的物理手段。超声强度过高,会同时去掉纤维素分子链中的结晶区和无定型区,导致得到的NCC结晶度降低。采用低强度的超声波,是一种很温和的超声环境,有利于促进纤维素中的无定形区降解而保留结晶区。

  (3)采用的氨基酸离子液体是一种绿色溶剂,不但化学稳定性好、能回收利用、无毒,还具有优良的生物溶解性、预处理温度低、高效快速的特性,▪️•★▲●因此符合绿色节能的理念。

  (4)采用的“低强度超声波辅助氨基酸离子液体”结合法,★▽…◇能解决单一的氨基酸离子液体制备的NCC结晶度不高﹑热稳定性较差等问题,能提高NCC的产品质量。◆●△▼●◆▼▼▼▽●▽●■□○▲