一種鐵催化過氧化氫氧化制備納米纖維素方法

本發(fā)明涉及一種清潔型過氧化氫鐵催化體系的微纖化纖維素(MFC)制備方法，提供一種以過氧化氫、硫酸亞鐵為主要試劑的微纖化纖維素(MFC)制備方法。 本發(fā)明中，先用二價鐵預(yù)浸漬紙漿纖維，再用過氧化氫氧化浸漬后的紙漿纖維；最后結(jié)合高壓均質(zhì)制備出性能優(yōu)良的微纖化纖維素。過氧化氫試劑對環(huán)境無污染，且反應(yīng)過程中無需調(diào)整反應(yīng)溶液的pH，相較于傳統(tǒng)的制備方法，該方法更為清潔、高效、成本低。

權(quán)利要求書

1.一種鐵催化過氧化氫氧化制備納米纖維素方法，步驟為：

（1）取漂白硫酸鹽針葉木漿(NBKP)原料，在去離子水中浸泡4 h， 用瓦力打漿機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)QB/T 3703—1999 疏解打漿至打漿度為50 °SR 左右。

（2）將化學(xué)品1 溶于水，加入打漿后的NBKP，配制浸漬濃度為5%～10%的紙漿浸漬液， 充分浸漬后，抽濾備用。

（3）在抽濾后的漿料中加入化學(xué)品2，在不高于50 ℃溫度條件下充分混合，靜置10～30 min，完成氧化反應(yīng)。

（4）將反應(yīng)后的漿料洗滌抽濾，加水稀釋至漿料懸浮液濃度為1.0%～2.0%， 利用高壓均質(zhì)機(jī)在60～80 MPa 壓力下循環(huán)均質(zhì)處理后，獲得納米纖維素成品。

其特征在于所述“化學(xué)品1”和“化學(xué)品2”成分及其以紙漿絕干纖維計(jì)的質(zhì)量百分比用量分別如下： 化學(xué)品1 的成分為硫酸亞鐵， 用量為0.01%～0.15%； 化學(xué)品2 的成分為過氧化氫， 用量為5%～25%。 上述硫酸亞鐵溶液濃度為0.15%～0.5%，過氧化氫試劑濃度為27.5%，均為工業(yè)級化學(xué)試劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于植物纖維素資源利用領(lǐng)域， 涉及一種以植物纖維為原料， 利用鐵催化過氧化氫氧化制備納米纖維素方法。

背景技術(shù)

納米纖維素因其生物可降解性、 高長徑比以及優(yōu)良的力學(xué)性能和阻隔性能等特點(diǎn)， 在造紙、 氣凝膠、 復(fù)合材料以及醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 當(dāng)前納米纖維素制備過程中普遍采用的化學(xué)預(yù)處理方法，由于潛在的環(huán)境污染問題，在一定程度上限制了其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模化生產(chǎn)。 芬頓(H2O2/Fe2+)氧化體系具有綠色環(huán)保、氧化性強(qiáng)等獨(dú)特優(yōu)勢，將其應(yīng)用于納米纖維素制備中，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。

目前， 國內(nèi)外關(guān)于納米纖維素制備的研究工作主要關(guān)注于利用TEMPO 試劑和高碘酸鹽試劑等化學(xué)預(yù)處理方法改善植物纖維后續(xù)加工性能， 這些方法在反應(yīng)過程中可能存在多種有毒有害中間產(chǎn)物，且制備成本較高、反應(yīng)過程濃度極低，不利于實(shí)現(xiàn)納米纖維素的規(guī)?；鍧嵵苽?； 現(xiàn)有文獻(xiàn)中未見以雙氧水為主要氧化劑， 在亞鐵離子催化氧化條件下實(shí)現(xiàn)納米纖維素制備的成熟方法。 本發(fā)明提出的工藝技術(shù)，具有氧化效率高、操作簡便、無污染等技術(shù)特點(diǎn)， 對于納米纖維素材料的規(guī)模化制備與應(yīng)用具有積極的促進(jìn)作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種以過氧化氫為氧化劑、 二價鐵為催化劑的微纖化纖維素（MFC）制備方法，本方法采用過氧化氫氧化降解纖維素， 利用二價鐵催化過氧化氫生成具有強(qiáng)氧化性的氧化基團(tuán)，如羥基自由基；此外，反應(yīng)體系的酸堿度不用刻意調(diào)整， 因過氧化氫的弱酸性，溶液的pH 始終保持在酸性溶液，避免了強(qiáng)酸強(qiáng)堿或者有毒試劑對環(huán)境的污染， 從而建立一種新型的清潔無污染、 成本低廉的制備方法。 將氧化后的纖維素通過后期的高壓均質(zhì)處理， 最終制備出性能優(yōu)良的微纖化纖維素（MFC）。

一種過氧化氫鐵催化清潔體系的微纖化纖維素制備方法，方法的步驟為：

（1）取漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP）原料，在去離子水中浸泡4 h， 用瓦力打漿機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)QB/T 3703—1999 疏解打漿，平衡水分測其干度，測其打漿度為50 °SR 左右。

（2）將化學(xué)品1 溶于水，加入打漿后的NBKP，混合均勻，抽濾備用。

（3）將上述漿料置于燒杯中，加入化學(xué)品2，充分?jǐn)嚢枋够瘜W(xué)品2 與漿料充分反應(yīng)； 將混合均勻的漿料與化學(xué)品置于水浴鍋中完成反應(yīng)。

（4）將反應(yīng)后的漿料洗滌抽濾，利用高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)后，得到最終的微纖化纖維素成品。

所述“化學(xué)品1”和“化學(xué)品2”的成分及其以紙漿絕干纖維計(jì)的質(zhì)量百分比用量分別如下： 化學(xué)品1 的成分為硫酸亞鐵，用量為0.15%；化學(xué)品2 的成分為過氧化氫，用量為15%。

所述硫酸亞鐵配制成懸浮液使用， 濃度為0.15%～0.5%，浸漬液濃度為5%～10%，均質(zhì)溶液濃度為1.0%～2.0%，所用過氧化氫濃度為27.5%。

而且， 所述制備方法的操作單元的參數(shù)設(shè)定范圍如下： 均質(zhì)機(jī)的壓力范圍60～80 MPa， 均質(zhì)次數(shù)8～12 循環(huán)；恒溫水浴鍋的溫度范圍40～50 ℃，停留時間30 min；

由所述的制備方法制得的微纖化纖維素性能指標(biāo)范圍如下：聚合度為200～400；比表面積為16 m2/g；表觀黏度為1100 cp；納米級直徑，微米級長度；

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

（1）與TEMPO、高碘酸鹽等化學(xué)預(yù)處理方法相比，芬頓試劑清潔，高效，成本低，避免了TEMPO 方法潛在的有機(jī)氯化物在食品、 藥品領(lǐng)域應(yīng)用中的潛在風(fēng)險。 而且催化劑Fe2+易回收， 建立了一種新的MFC 制備方法；

（2）將大長徑比MFC 添加到紙漿中并有效提高紙幅初濕強(qiáng)度， 為其在造紙工業(yè)中的應(yīng)用探索了新的途徑。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

一種過氧化氫鐵催化清潔體系的微纖化纖維素制備方法，所選用的制漿原料、化學(xué)藥品和生產(chǎn)設(shè)備以及具體的制備工藝參數(shù)分別描述如下：

1.制備原材料和設(shè)備

制漿中試生產(chǎn)采用漂白針葉木硫酸鹽漿， 打漿度為50 °SR 左右。

過氧化氫為無色透明液體，易溶于水，其固含量為30%；硫酸亞鐵是一種白色粉末，溶于水、甘油，不溶于乙醇， 使用時需事先在水的介質(zhì)下配置成溶液，濃度為0.15%～0.5%；“化學(xué)品1”和“化學(xué)品2”按照微纖化纖維素制備工藝流程加入，所包含的化學(xué)藥品的用量如下： 化學(xué)品1 的成分為硫酸亞鐵， 用量為0.15%；化學(xué)品2 的成分為過氧化氫，用量為15%。

上述百分?jǐn)?shù)是以紙漿中的絕干纖維質(zhì)量的百分比計(jì)，紙漿中的絕干纖維是計(jì)算的基準(zhǔn)。

2.制備工藝的具體流程

（1）取漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP）原料，在去離子水中浸泡4 h， 用瓦力打漿機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)QB/T 3703—1999 疏解打漿，平衡水分測其干度，測其打漿度為50 °SR 左右。

（2）將化學(xué)品1 溶于水，加入打漿后的NBKP，混合均勻，抽濾備用。

（3）將上述漿料置于燒杯中，加入化學(xué)品2，充分?jǐn)嚢枋够瘜W(xué)品2 與漿料充分反應(yīng)； 將混合均勻的漿料與化學(xué)品置于水浴鍋中充分反應(yīng)。

（4）將反應(yīng)后的漿料洗滌抽濾，利用高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)后，得到最終的微纖化纖維素成品。

3.具體的制備工藝參數(shù)

主要操作單元的工藝參數(shù)如下： 均質(zhì)機(jī)的壓力范圍60～80 MPa，均質(zhì)次數(shù)8～12 循環(huán)；恒溫水浴鍋的溫度范圍40～50 ℃；停留時間30 min。