CN102586897A - 利用汽爆技术制备香蕉纤维素纳米纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用汽爆技术制备香蕉纤维素纳米纤维的方法，是将香蕉粗纤维剪切成长度为2～10cm的短纤维后在NaOH溶液中浸泡，水洗至中性，进行汽爆处理，漂白液漂洗后洗涤至中性即得到香蕉纳米纤维，得率在60％以上。本发明以蕉园废弃的香蕉茎秆粗纤维为主要原料，采用化学处理和汽爆技术相结合的方法，解决了传统纳米纤维制备方法成本高、工序复杂、污染环境的缺陷，大大缩短了纳米纤维的生产周期，提高效率，具有工艺简单、生产成本低、碱液和漂洗液均可循环使用等特点，为香蕉纤维进一步开发利用奠定基础。
Description
技术领域
本发明属纳米材料领域，涉及香蕉纤维素纳米纤维的制备方法，尤其涉及一种以香蕉粗纤维为原料利用汽爆技术制备香蕉纤维素纳米纤维的方法。
背景技术
香蕉产业是我国热带农业的支柱产业之一，我国香蕉产区每年约产生700多万吨香蕉茎秆，目前均采用直接还田或丢弃的方法处理，既造成了资源的极大浪费又破坏了生态环境。大量研究表明，香蕉纤维具有诸多优点如：强度高、伸长小、吸湿放湿快、初始模量高、服用卫生性能良好等优点。此外，香蕉纤维作为天然纤维的一种，又具有可再生、可降解、来源丰富、加工能耗小、原料价格低廉等优点。如何开展香蕉纤维的综合利用，延长香蕉产业链，有效降低香蕉产业发展的风险、提高产业经济效益、增加产品的附加值是香蕉产业发展中亟需解决的重大问题之一。
汽爆技术的全称是蒸汽***处理技术，是利用高温、高压水蒸汽处理纤维原料，并通过瞬间释压过程实现原料的组分分离和结构变化。其本质是将渗透在植物组织内部被压缩的气体在极短时间(0.00875s)内突发性的释放，使植物组织由高温、高压的状态瞬间释放为常温常压，从而达到降解纤维素和木质素的作用。中国专利CN 200380102454.X公布了由蒸汽爆发形成的纳米物质的制造方法及其装置、以及纳米原料的制造方法，只是提出利用蒸汽***法制备纳米原料，并未对香蕉纤维素的应用做出限定。CN 200710062669公布了一种由秸秆制备纳米二氧化硅的方法，提出利用蒸汽***法制备二氧化硅。除此之外，并未见到有利用蒸汽***制备纳米纤维的专利。
纳米纤维是直径1nm～100nm的纤维，广泛应用在服装、食品、医药、能源、电子、造纸、航空等领域，特别是在产业用纺织品领域将有更大作为。常规的纳米纤维的制备方法有：化学法、生物法、物理法、人工合成法和静电纺丝法，其中利用静电纺丝法制备纤维素纳米纤维尤为常见。尽管纳米纤维素有许多制备方法，但是也有很多局限：化学方法需要用强酸水解，对反应设备要求高，回收和处理反应后的残留物困难；生物法制备工艺复杂、成本高、价格贵；物理法制备微纤化纳米纤维素需要采用特殊设备且需使用高压，能耗大、制备的纳米纤维素粒径分布较宽；人工合成纳米纤维成本较高且得率仅为50％左右；静电纺丝法工序复杂且制备的纤维横截面较大。因此，研究发展新型的简单、绿色、低能耗、快速、高效的制备纳米纤维素的方法刻不容缓。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种利用汽爆技术制备香蕉纤维素纳米纤维的方法，以蕉园废弃的香蕉茎秆粗纤维为主要原料，采用化学处理和汽爆技术相结合的方法，解决了传统纳米纤维制备方法成本高、工序复杂、污染环境的缺陷，大大缩短了纳米纤维的生产周期，提高效率，具有工艺简单、生产成本低、碱液和漂洗液均可循环使用等特点，为香蕉纤维进一步开发利用奠定基础。
本发明所采用的技术方案：
一种利用汽爆技术制备香蕉纤维素纳米纤维的方法，包括预碱处理工序、汽爆处理工序、化学漂洗工序，其步骤如下：
1、预碱处理工序
将香蕉粗纤维剪切成长度为2～10cm的短纤维，在室温下于浓度为5～40g/L的NaOH溶液中浸泡10～48h，水洗至中性并脱水。
2、汽爆处理工序
将预处理后的香蕉粗纤维放入汽爆罐中在1.0～3.00Mpa的汽爆压力下维压60～300s，瞬间释放后洗涤至中性。
3、化学漂洗工序
将经汽爆处理得到的香蕉纤维浸泡于含1.0～1.8％Na2SiO3、1.0～3.5％NaOH、1.1～3.49％H2O2的漂白液中，固液比为1∶10～25，温度为50～62℃，处理1～8小时，洗涤至中性即得到香蕉纳米纤维，纳米纤维得率在60％以上。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用汽爆技术对制备香蕉纳米纤维，是一种纤维素纳米纤维新的制备方法，不仅工艺简单、生产成本低、碱液和漂洗液均可循环使用，而且与常规方法相比得率较高，平均在60％以上。
2、本发明采用化学处理和蒸汽***结合的方法，克服了传统化学方法制备纳米纤维成本高、工序复杂、污染环境的缺陷，大大缩短了纳米纤维的制备周期、效率更高。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
1、预碱处理：取50g香蕉粗纤维剪切成长度为3cm的短纤维，在室温下于浓度为15g/L的NaOH溶液中浸泡30h，水洗至中性并脱水。
2、汽爆处理：将预处理后的香蕉粗纤维放入汽爆罐中在2.0Mpa的汽爆压力下维压60s，瞬间释放后洗涤至中性。
3、化学漂洗：将经汽爆处理得到的香蕉纤维浸泡于含1.8％Na2SiO3、1.5％NaOH、1.49％H2O2的漂白液中，固液比为1∶15，温度为52℃，处理5小时，洗涤至中性即得到直径1nm～100nm香蕉纳米纤维34g，得率为68％。
实施例二
1、预碱处理：取50g香蕉粗纤维剪切成长度为6cm的短纤维，在室温下于浓度为30g/L的NaOH溶液中浸泡25h，水洗至中性并脱水。
2、汽爆处理：将预处理后的香蕉粗纤维放入汽爆罐中在2.5Mpa的汽爆压力下维压160s，瞬间释放后洗涤至中性。
3、化学漂洗：将经汽爆处理得到的香蕉纤维浸泡于含1.3％Na2SiO3、2.3％NaOH、2.5％H2O2的漂白液中，固液比为1∶18，温度为58℃，处理3小时，洗涤至中性即得到直径1nm～100nm香蕉纳米纤维32g，得率64％。
实施例三
1、预碱处理：取50g香蕉粗纤维剪切成长度为8cm的短纤维，在室温下于浓度为35g/L的NaOH溶液中浸泡40h，水洗至中性并脱水。
2、汽爆处理：将预处理后的香蕉粗纤维放入汽爆罐中在1.6Mpa的汽爆压力下维压250s，瞬间释放后洗涤至中性。
3、化学漂洗：将经汽爆处理得到的香蕉纤维浸泡于含1.5％Na2SiO3、2.8％NaOH、3.2％H2O2的漂白液中，固液比为1∶23，温度为55℃，处理6小时，洗涤至中性即得到直径1nm～100nm香蕉纳米纤维30.5g，得率61％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种利用汽爆技术制备香蕉纤维素纳米纤维的方法，其特征在于，包括预碱处理工序、汽爆处理工序、化学漂洗工序，其步骤如下：
1)、预碱处理工序
将香蕉粗纤维剪切成长度为2～10cm的短纤维，在室温下于浓度为5～40g/L的NaOH溶液中浸泡10～48h，水洗至中性并脱水；
2)、汽爆处理工序
将预处理后的香蕉粗纤维放入汽爆罐中在1.0～3.00Mpa的汽爆压力下维压60～300s，瞬间释放后洗涤至中性；
3)、化学漂洗工序
将经汽爆处理得到的香蕉纤维浸泡于含1.0～1.8％Na2SiO3、1.0～3.5％NaOH、1.1～3.49％H2O2的漂白液中，固液比为1∶10～25，温度为50～62℃，处理1～8小时，洗涤至中性即得到香蕉纳米纤维。
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