CN105713100A - 一种快速制备纤维素纳米晶的方法 - Google Patents

Abstract

一种快速制备纤维素纳米晶的方法，本发明涉及制备纤维素纳米晶的方法。本发明要解决现有纤维素纳米晶制备中存在使用浓酸污染环境，制备周期长，产率较低以及产品热稳定性低的问题。方法：一、制备处理剂；二、生物质纤维预处理；三、分离和清洗；四、机械处理，即完成一种快速制备纤维素纳米晶的方法。本发明用于一种快速制备纤维素纳米晶的方法。

Description

一种快速制备纤维素纳米晶的方法

技术领域

本发明涉及制备纤维素纳米晶的方法。

背景技术

天然纤维素作为一种工程材料被人们利用已有上千年的历史，并且直至今日这种利用仍在延续，如林产品、纸张及织物等。随着科学技术的发展和社会需求，传统对于天然纤维素的利用并不能完全满足现代社会对于纤维素基产品的高性能和低成本等要求。因此，如何研究开发下一代纤维素基产品和工程应用引起广泛关注。随着纳米技术的发展，通过破坏天然纤维素纤维中的多级结构进而从中提取纳米尺度纤维素的研究不断深入。纳米纤维素由于其高比表面积、尺寸效应和量子效应等特点，为其做为下一代纤维素基产品建筑块提供了客观条件。

纤维素纳米晶由于优异的力学性能，是一种理想的复合材料增强材料。纤维素纳米晶的拉伸强度(7.5GPa～7.7GPa)和轴向弹性模量(110Gpa～220GPa)甚至可以跟传统的增强纤维(Kevlar纤维及碳纤维等)相媲美或更高。然而纤维素纳米晶的密度却仅为1.6g/cm³。除此之外，纤维素纳米晶还具有高比表面积，低热膨胀系数。纤维素纳米晶表面大量的羟基利于其进行接枝反应，进而可以应用于增强多种复合材料。

纤维素纳米晶可以从多种原料中得到，包括木材、植物、被囊动物、藻类和细菌等。但是纤维素纳米晶的制备方法目前主要是浓酸水解法，也有一些物理方法或有机溶剂方法等。这些方法主要存在对设备腐蚀较大，环境污染以及周期长和产率低，得到的纤维素纳米晶产品热稳定性低等问题。

低共熔溶剂是一种环境友好的绿色溶剂，其组分是由可降解的季胺盐和有机酸或醇构成氢键供/给体系。这种低成本的溶剂目前在有机反应、有机提取、电化学反应和酶反应等领域展现出良好的潜力。

发明内容

本发明的目的是要解决现有纤维素纳米晶制备中存在使用浓酸污染环境，制备周期长，产率较低以及产品热稳定性低的问题，而提供一种快速制备纤维素纳米晶的方法。

一种快速制备纤维素纳米晶的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、制备处理剂：在温度为60℃～90℃的条件下，将低共熔溶剂减压蒸馏并搅拌0.5h～2h，得到处理剂；

所述的低共熔溶剂为氢键受体和氢键供体的混合物；所述的氢键受体和氢键供体的摩尔比为1:(1～10)；

所述的氢键受体为季铵盐；所述的氢键供体为酰胺、羧酸或多元醇；

二、生物质纤维预处理：将生物质纤维与处理剂混合，得到混合物，将混合物进行微波加热处理，微波加热处理的条件是在温度为70℃～100℃的条件下，处理0.5min～10min，得到含生物质纤维不溶物的混合溶液；

所述的生物质纤维与处理剂的质量比为(0.1～0.8):10；

三、分离和清洗：利用清洗液对含生物质纤维不溶物的混合溶液进行稀释，再过滤分离，然后对不溶物进行清洗，得到生物质纤维不溶物；

所述的清洗液为有机溶剂与水的混合液；所述的有机溶剂与水的体积比为(1～9):1；

四、机械处理：将生物质纤维不溶物与水混合，得到质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液，将生物质纤维不溶物的水溶液进行机械处理，即完成一种快速制备纤维素纳米晶的方法。

本发明的有益效果：一、制备效率高，相比于传统制备方法，制备时间可以缩短至几十分钟。二、所用的溶剂均无毒无污染，绿色环保；三、本发明制备的纳米纤维素热稳定性好，最大热降解速率可达353.9℃，为纤维素I型，结晶度可达84％，形态跟传统方法制备的纳米晶类似，产率较高(60％～70％)。

发明原理：纤维素纳米晶的制备原理为首先破坏纤维素的非结晶区，减轻纤维素分子链间的氢键作用力；然后通过机械作用将结晶区的纤维素进行开纤化处理，得到纤维素纳米晶。传统方法制备纤维素纳米晶采用浓酸破坏纤维素非结晶区，然后采用机械方法(超声，均质等)处理得到纤维素纳米晶；也有直接采用高强度机械处理得到纤维素纳米晶；采用离子液体或有机溶剂来破坏纤维素非结晶区也是近些年的新型纤维素纳米晶的制备方法。但是采用浓酸法得到的纤维素纳米晶的产率和热稳定性较低，往往需要通过透析处理，周期长，也存在酸废液有腐蚀，难回收处理的问题；离子液体的成本也因其制备工艺复杂而较高。低共熔溶剂是由氢键供体/受体构成，溶剂中存在大量的氢键，加之存在卤素离子，有助于纤维素非结晶区的破坏；超声则对富含离子的低共熔溶剂有很好的加成作用，加快速度，提高效率。此外，构成低共熔溶剂的原料无毒无污染，成本也较低，制备方法简便，易回收。

本发明用于一种快速制备纤维素纳米晶的方法。

附图说明

图1为实施例一制备的纤维素纳米晶放大50000倍的SEM电镜图；

图2为实施例一制备的纤维素纳米晶的TEM电镜图；

图3为实施例一制备的纤维素纳米晶的X射线衍射图；

图4为实施例一制备的纤维素纳米晶的热重分析图，1为DTG曲线，2为重量百分比曲线；

图5为实施例二制备的纤维素纳米晶的TEM电镜图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、制备处理剂：在温度为60℃～90℃的条件下，将低共熔溶剂减压蒸馏并搅拌0.5h～2h，得到处理剂；

所述的低共熔溶剂为氢键受体和氢键供体的混合物；所述的氢键受体和氢键供体的摩尔比为1:(1～10)；

所述的氢键受体为季铵盐；所述的氢键供体为酰胺、羧酸或多元醇；

二、生物质纤维预处理：将生物质纤维与处理剂混合，得到混合物，将混合物进行微波加热处理，微波加热处理的条件是在温度为70℃～100℃的条件下，处理0.5min～10min，得到含生物质纤维不溶物的混合溶液；

所述的生物质纤维与处理剂的质量比为(0.1～0.8):10；

三、分离和清洗：利用清洗液对含生物质纤维不溶物的混合溶液进行稀释，再过滤分离，然后对不溶物进行清洗，得到生物质纤维不溶物；

所述的清洗液为有机溶剂与水的混合液；所述的有机溶剂与水的体积比为(1～9):1；

四、机械处理：将生物质纤维不溶物与水混合，得到质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液，将生物质纤维不溶物的水溶液进行机械处理，即完成一种快速制备纤维素纳米晶的方法。

本实施方式的有益效果是：一、制备效率高，相比于传统制备方法，制备时间可以缩短至几十分钟。二、所用的溶剂均无毒无污染，绿色环保；三、本实施方式制备的纳米纤维素热稳定性好，最大热降解速率可达353.9℃，为纤维素I型，结晶度可达84％，形态跟传统方法制备的纳米晶类似，产率较高(60％～70％)。

本具体实施方式采用低共熔溶剂结合微波加热预处理棉花纤维，再经过超声处理得到纤维素纳米晶。其关键在于1、低共熔溶剂是一种无毒无污染的绿色溶剂，无挥发性，合成方法简单；此外，低共熔溶剂对非纤维素组分具有溶解特性，低共熔溶剂中的氢键受体及卤素离子能够很好的减弱纤维素分子链间的作用力，进而实现非结晶区的破坏。2、采用微波加热，利用溶剂富含离子的特性，大大加快的实验效率，缩短了反应时间。3、机械处理是一种很容易规模化的一种处理方式，具有现实意义。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的季铵盐为氯化胆碱、溴化胆碱、碘化胆碱或甜菜碱；步骤一中所述的羧酸为草酸、苹果酸、甲酸或乳酸；步骤一中所述的酰胺为尿素或硫脲；步骤一中所述的多元醇为三元醇。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤二中所述的生物质纤维为棉花纤维、纸浆纤维、木材纤维、竹纤维、麻纤维、秸秆类纤维、草类植物纤维或藻类植物纤维。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的微波加热处理的功率为800W～1000W。其它与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤四中所述的机械处理为超声处理、均质处理或研磨处理；

当所述的机械处理为超声处理时，具体是按以下步骤进行的：在超声功率800W～1200W的条件下，将质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液进行超声处理5min～60min；

当所述的机械处理为均质处理时，具体是按以下步骤进行的：在工作压力为200bar～500bar的条件下，将质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液通过均质机均质5次～20次，且每100mL质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液每次均质时间为30s～70s；

当所述的机械处理为研磨处理时，具体是按以下步骤进行的：在转速为1000rpm～1500rpm的条件下，将质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液置于研磨机中研磨3min～10min。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中然后在温度为70℃的条件下，将混合物进行微波加热处理3min。其它与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中然后在温度为80℃的条件下，将混合物进行微波加热处理1min。其它与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中然后在温度为90℃的条件下，将混合物进行微波加热处理1min。其它与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中然后在温度为100℃的条件下，将混合物进行微波加热处理30s。其它与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中所述的有机溶剂为丙酮、甲醇或乙醇。其它与具体实施方式一至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、制备棉花纤维处理剂：在温度为80℃的条件下，将低共熔溶剂减压蒸馏并搅拌1h，得到棉花纤维处理剂；

所述的低共熔溶剂为氯化胆碱和草酸的混合物；所述的氯化胆碱和草酸的摩尔比为1:1；

二、棉花纤维预处理：将棉花纤维与棉花纤维处理剂混合，得到混合物，将混合物进行微波加热处理，微波加热处理的条件是在温度为80℃的条件下，处理1min，得到含棉花纤维不溶物的混合溶液；

所述的棉花纤维与棉花纤维处理剂的质量比为0.3:10；

三、分离和清洗：利用清洗液对含棉花纤维不溶物的混合溶液进行稀释，再过滤分离，然后对不溶物进行清洗，得到棉花纤维不溶物；

所述的清洗液为丙酮与水的混合液；所述的丙酮与水的体积比为1:1；

四、机械处理：将棉花纤维不溶物与水混合，得到质量百分数为0.5％的棉花纤维不溶物的水溶液，在超声功率1200W的条件下，将质量百分数为0.5％的棉花纤维不溶物的水溶液进行超声处理30min，得到纤维素纳米晶。

图1为实施例一制备的纤维素纳米晶放大50000倍的SEM电镜图，由图可知，纤维素纳米晶的微观尺寸很均匀，尺寸均一。

图2为实施例一制备的纤维素纳米晶的TEM电镜图，由图可知在电镜下，多数纤维素纤维经过超声处理后得到纤维素纳米晶，并没有发现尺寸较大的纤维素，说明在80℃的微波作用下，低共熔溶剂对棉花纤维素纤维的非结晶区的分子间氢键有较大作用。

图3为实施例一制备的纤维素纳米晶的X射线衍射图，由图可知，纤维素纳米晶晶型为纤维素I型。

图4为实施例一制备的纤维素纳米晶的热重分析图，1为DTG曲线，2为重量百分比曲线；由图可知，本实施例所制备的纤维素纳米晶的最大热释放速率为353.9℃，热稳定性良好。

本实施例制备的纤维素纳米晶的产率如表1所示，通过得到的纤维素纳米晶的质量除以原料的质量，产率为74.16％。

实施例二：

本实施例所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、制备杨木纤维处理剂：在温度为80℃的条件下，将低共熔溶剂减压蒸馏并搅拌1h，得到杨木纤维处理剂；

所述的低共熔溶剂为氯化胆碱和草酸的混合物；所述的氯化胆碱和草酸的摩尔比为1:1；

二、杨木纤维预处理：将杨木纤维与杨木纤维处理剂混合，得到混合物，将混合物进行微波加热处理，微波加热处理的条件是在温度为80℃的条件下，处理3min，得到含杨木纤维不溶物的混合溶液；

所述的杨木纤维与杨木纤维处理剂的质量比为0.5:10；

三、分离和清洗：利用清洗液对含杨木纤维不溶物的混合溶液进行稀释，再过滤分离，然后对不溶物进行清洗，得到杨木纤维不溶物；

所述的清洗液为丙酮与水的混合液；所述的丙酮与水的体积比为1:1；

四、机械处理：将杨木纤维的不溶物与水混合，得到质量百分数为0.5％的杨木纤维不溶物的水溶液，在超声功率1200W的条件下，将质量百分数为0.5％的杨木纤维不溶物的水溶液进行超声处理30min，得到纤维素纳米晶。

图5为实施例二制备的纤维素纳米晶的TEM电镜图，由图可知在电镜下，杨木纤维不溶物经过超声处理后得到纤维素纳米晶，尺寸较均一；对本实施例制备的纤维素纳米晶进行X射线衍射测试，证明得到的纤维素纳米晶为纤维素I型，最大热降解速率温度为350.7℃。

实施例三：

本实施例所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、制备棉花纤维处理剂：在温度为80℃的条件下，将低共熔溶剂减压蒸馏并搅拌1h，得到棉花纤维处理剂；

所述的低共熔溶剂为氯化胆碱和草酸的混合物；所述的氯化胆碱和草酸的摩尔比为1:1；

二、棉花纤维预处理：将棉花纤维与棉花纤维处理剂混合，得到混合物，将混合物进行微波加热处理，微波加热处理的条件是在温度为70℃的条件下，处理3min，得到含棉花纤维不溶物的混合溶液；

所述的棉花纤维与棉花纤维处理剂的质量比为0.3:10；

三、分离和清洗：利用清洗液对含棉花纤维不溶物的混合溶液进行稀释，再过滤分离，然后对不溶物进行清洗，得到棉花纤维不溶物；

所述的清洗液为丙酮与水的混合液；所述的丙酮与水的体积比为1:1；

四、机械处理：将棉花纤维不溶物与水混合，得到质量百分数为0.5％的棉花纤维不溶物的水溶液，在超声功率1200W的条件下，将质量百分数为0.5％的棉花纤维不溶物的水溶液进行超声处理30min，得到纤维素纳米晶。

本实施例得到的纤维素纳米晶在透射电镜下观察发现多数棉花纤维的不溶物经过超声处理得到纤维素纳米晶，但是存在一些尺寸较大的棉花纤维素的不溶物，这是由于处理温度低，对棉花纤维的纤维素分子链间的减弱作用较小。通过扫描电镜发现纤维素纳米晶的微观尺寸很均匀，尺寸均一。对本实施例制备的纤维素纳米晶进行X射线衍射测试，纤维素纳米晶晶型为纤维素I型。本实施例所制备的纤维素纳米晶的最大热降解速率温度为352.7℃，热稳定性良好。

本实施例制备的纤维素纳米晶的产率如表1所示，通过得到的纤维素纳米晶的质量除以原料的质量，产率为75.93％。

实施例四：

本实施例所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、制备棉花纤维处理剂：在温度为80℃的条件下，将低共熔溶剂减压蒸馏并搅拌1h，得到棉花纤维处理剂；

所述的低共熔溶剂为氯化胆碱和草酸的混合物；所述的氯化胆碱和草酸的摩尔比为1:1；

二、棉花纤维预处理：将棉花纤维与棉花纤维处理剂混合，得到混合物，将混合物进行微波加热处理，微波加热处理的条件是在温度为90℃的条件下，处理1min，得到含棉花纤维不溶物的混合溶液；

所述的棉花纤维与棉花纤维处理剂的质量比为0.3:10；

三、分离和清洗：利用清洗液对含棉花纤维不溶物的混合溶液进行稀释，再过滤分离，然后对不溶物进行清洗，得到棉花纤维不溶物；

所述的清洗液为丙酮与水的混合液；所述的丙酮与水的体积比为1:1；

四、机械处理：将棉花纤维不溶物与水混合，得到质量百分数为0.5％的棉花纤维不溶物的水溶液，在超声功率1200W的条件下，将质量百分数为0.5％的棉花纤维不溶物的水溶液进行超声处理30min，得到纤维素纳米晶。

本实施例制备的纤维素纳米晶的微观尺寸很均匀，尺寸均一。制备的纤维素纳米晶的晶型也为纤维素I型。所制备的纤维素纳米晶的最大热降解速率温度为352.6℃，热稳定性良好。

本实施例制备的纤维素纳米晶的产率如表1所示，通过得到的纤维素纳米晶的质量除以原料的质量，产率为62.35％。这与实施例一或三不同的是随着温度的升高，低共熔溶剂不仅对纤维素非结晶区有作用，对结晶区也产生了一定作用，导致结晶度相比于实施例二下降为81.90％，热稳定性下降为352.6℃。

实施例五：

本实施例所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、制备棉花纤维处理剂：在温度为80℃的条件下，将低共熔溶剂减压蒸馏并搅拌1h，得到棉花纤维处理剂；

所述的低共熔溶剂为氯化胆碱和草酸的混合物；所述的氯化胆碱和草酸的摩尔比为1:1；

二、棉花纤维预处理：将棉花纤维与棉花纤维处理剂混合，得到混合物，将混合物进行微波加热处理，微波加热处理的条件是在温度为100℃的条件下，处理1min，得到含棉花纤维不溶物的混合溶液；

所述的棉花纤维与棉花纤维处理剂的质量比为0.3:10；

三、分离和清洗：利用清洗液对含棉花纤维不溶物的混合溶液进行稀释，再过滤分离，然后对不溶物进行清洗，得到棉花纤维不溶物；

所述的清洗液为丙酮与水的混合液；所述的丙酮与水的体积比为1:1；

四、机械处理：将棉花纤维不溶物与水混合，得到质量百分数为0.5％的棉花纤维不溶物的水溶液，在超声功率1200W的条件下，将质量百分数为0.5％的棉花纤维不溶物的水溶液进行超声处理30min，得到纤维素纳米晶。

本实施例制备的纤维素纳米晶的微观尺寸很均匀，尺寸均一。本施例制备的纤维素纳米晶进行TEM电镜测试，多数棉花纤维的不溶物经过机械处理后得到纤维素纳米晶，与实施例四的TEM电镜图类似。纤维素纳米晶晶型为纤维素I型。所制备的纤维素纳米晶的最大热降解速率温度为349.4℃，热稳定性良好。

本实施例制备的纤维素纳米晶的产率如表1所示，通过得到的纤维素纳米晶的质量除以原料的质量，产率为57.80％。以上说明进一步提高微波加热温度，低共熔溶剂对棉花纤维素有了一定的降解作用，导致其热稳定性降低为349.4℃，结晶度也下降为80.70％。

以上说明温度过低(70℃)会导致低共熔溶剂对棉花纤维素的作用较弱，进而超声得到的纤维素纳米晶存在一些未开纤化的纤维素纤维。随着温度升高到80℃，所制备的纤维素纳米晶开纤化程度较高，热稳定性相对达到最大。继续升高温度，低共熔溶剂不仅对纤维素非结晶区作用，对纤维素结晶区的作用也较大，导致得到的纤维素纳米晶的产率和热稳定性均降低。

表1实施例一、三至六制备纤维素纳米晶的产率

实施例	三	一	四	五
					温度/℃	70	80	90	100
产率/％	75.93	74.16	62.35	57.80
					结晶度/％	84.25	82.03	81.90	80.70

实施例六：

本实施例所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、制备棉花纤维处理剂：在温度为80℃的条件下，将低共熔溶剂减压蒸馏并搅拌1h，得到棉花纤维处理剂；

所述的低共熔溶剂为氯化胆碱和草酸的混合物；所述的氯化胆碱和草酸的摩尔比为1:1；

二、棉花纤维预处理：将棉花纤维与棉花纤维处理剂混合，得到混合物，将混合物进行微波加热处理，微波加热处理的条件是在温度为100℃的条件下，处理30s，得到含棉花纤维不溶物的混合溶液；

所述的棉花纤维与棉花纤维处理剂的质量比为0.3:10；

三、分离和清洗：利用清洗液对含棉花纤维不溶物的混合溶液进行稀释，再过滤分离，然后对不溶物进行清洗，得到棉花纤维不溶物；

所述的清洗液为丙酮与水的混合液；所述的丙酮与水的体积比为1:1；

四、机械处理：将清棉花纤维不溶物与水混合，得到质量百分数为0.5％的棉花纤维不溶物的水溶液，在超声功率1200W的条件下，将质量百分数为0.5％的棉花纤维不溶物的水溶液进行超声处理30min，得到纤维素纳米晶。

本实施例五制备的纤维素纳米晶的微观尺寸很均匀，尺寸均一。制备的纤维素纳米晶的TEM电镜图可知，多数棉花纤维的不溶物经过机械处理后得到纤维素纳米晶。

在众多富含纤维素的原料中，棉花的纤维素含量是最高的，这也导致棉花纤维素分子链间的氢键作用很强，进而以棉花制备纳米纤维素较难，所以实施例一、三至六采用氢键作用力最强的棉花为代表进行纤维素纳米晶的制备。为了缩短时间，实施例六采用的30s的超快速预处理，得到的纤维素纳米晶形态和尺寸都较好。总的来说，采用低共熔溶剂来处理纤维素纤维，很好的减弱了纤维素非结晶区间的氢键作用力，达到切断非结晶区的目的，进而促进机械处理得到纤维素纳米晶。

Claims (9)

1.一种快速制备纤维素纳米晶的方法，其特征在于一种快速制备纤维素纳米晶的方法是按照以下步骤进行的：

一、制备处理剂：在温度为60℃～90℃的条件下，将低共熔溶剂减压蒸馏并搅拌0.5h～2h，得到处理剂；

所述的低共熔溶剂为氢键受体和氢键供体的混合物；所述的氢键受体和氢键供体的摩尔比为1:(1～10)；

所述的氢键受体为季铵盐；所述的氢键供体为酰胺、羧酸或多元醇；

二、生物质纤维预处理：将生物质纤维与处理剂混合，得到混合物，将混合物进行微波加热处理，微波加热处理的条件是在温度为70℃～100℃的条件下，处理0.5min～10min，得到含生物质纤维不溶物的混合溶液；

所述的生物质纤维与处理剂的质量比为(0.1～0.8):10；

三、分离和清洗：利用清洗液对含生物质纤维不溶物的混合溶液进行稀释，再过滤分离，然后对不溶物进行清洗，得到生物质纤维不溶物；

所述的清洗液为有机溶剂与水的混合液；所述的有机溶剂与水的体积比为(1～9):1；

四、机械处理：将生物质纤维不溶物与水混合，得到质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液，将生物质纤维不溶物的水溶液进行机械处理，即完成一种快速制备纤维素纳米晶的方法。

2.根据权利要求1所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，其特征在于步骤一中所述的季铵盐为氯化胆碱、溴化胆碱、碘化胆碱或甜菜碱；步骤一中所述的羧酸为草酸、苹果酸、甲酸或乳酸；步骤一中所述的酰胺为尿素或硫脲；步骤一中所述的多元醇为三元醇。

3.根据权利要求1所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，其特征在于步骤二中所述的生物质纤维为棉花纤维、纸浆纤维、木材纤维、竹纤维、麻纤维、秸秆类纤维、草类植物纤维或藻类植物纤维。

4.根据权利要求1所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，其特征在于步骤二中所述的微波加热处理的功率为800W～1000W。

5.根据权利要求1所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，其特征在于步骤四中所述的机械处理为超声处理、均质处理或研磨处理；

当所述的机械处理为超声处理时，具体是按以下步骤进行的：在超声功率800W～1200W的条件下，将质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液进行超声处理5min～60min；

当所述的机械处理为均质处理时，具体是按以下步骤进行的：在工作压力为200bar～500bar的条件下，将质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液通过均质机均质5次～20次，且每100mL质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液每次均质时间为30s～70s；

当所述的机械处理为研磨处理时，具体是按以下步骤进行的：在转速为1000rpm～1500rpm的条件下，将质量百分数为0.05％～2％的生物质纤维不溶物的水溶液置于研磨机中研磨3min～10min。

6.根据权利要求1所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，其特征在于步骤二中然后在温度为70℃的条件下，将混合物进行微波加热处理3min。

7.根据权利要求1所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，其特征在于步骤二中然后在温度为80℃的条件下，将混合物进行微波加热处理1min。

8.根据权利要求1所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，其特征在于步骤二中然后在温度为90℃的条件下，将混合物进行微波加热处理1min。

9.根据权利要求1所述的一种快速制备纤维素纳米晶的方法，其特征在于步骤二中然后在温度为100℃的条件下，将混合物进行微波加热处理30s。