一種LiCl/DMSO溶解的木質(zhì)纖維素制備木質(zhì)纖維凝膠材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于木質(zhì)纖維素基復(fù)合材料領(lǐng)域，主要涉及一種LiCl/DMSO溶解的木質(zhì)纖維素制備木質(zhì)纖維凝膠材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凝膠材料(水凝膠和氣凝膠)是一種納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)充滿著液體或氣體(通常是水或空氣)的高度多孔材料。氣凝膠材料的分散介質(zhì)是氣體，其作為凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架的固體相，以及網(wǎng)絡(luò)的空隙結(jié)構(gòu)均為納米級(jí)別，這種連續(xù)三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其具有獨(dú)特的性能，如高孔隙率、高比表面積、低熱傳導(dǎo)系數(shù)、低介電常數(shù)、低光折射率、低聲速等。最新研究表明，基于纖維素水凝膠材料包括純纖維素、纖維素復(fù)合和纖維素混合凝膠等都有許多良好的性能，如親水性、生物降解性、生物相容性、透明度高、成本低、無(wú)毒等。纖維素水凝膠在組織工程、可控輸送系統(tǒng)、血液凈化、傳感器、農(nóng)業(yè)、以及水凈化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]隨著石油資源的快速消失和石化產(chǎn)品消耗引起的環(huán)境污染，開(kāi)始使全世界開(kāi)始關(guān)注可再生的木質(zhì)生物質(zhì)資源作為能取代石油化工資源的替代資源。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)資源包括木材廢料、造紙殘?jiān)?、農(nóng)作物非食用部分、資源作物等。木質(zhì)纖維素是地球上含量最豐富的生物質(zhì)，廣泛地存在于木本、草本植物中。其主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等高分子，纖維素被半纖維素包裹著，外層再由木質(zhì)素緊密包埋，相互結(jié)合成為堅(jiān)固的細(xì)胞壁。其中纖維素約為35-50%、半纖維素為20-35%，木質(zhì)素約為5-30%。
[0004]纖維素凝膠材料一般可由纖維素溶解后再生獲得，多數(shù)纖維素溶液，比如纖維素硫氰酸鈣水溶液、纖維素氯化鋰/ 二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)溶液、纖維素氫氧化鈉水溶液及4-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)溶液等都能形成半透明凝膠。許多研究者對(duì)纖維素凝膠材料做了大量的研究，如纖維素來(lái)源、溶劑、再生、干燥方式等對(duì)纖維素凝膠制備的影響，已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展。然而，目前所報(bào)導(dǎo)的纖維素凝膠材料均基于純纖維素組分，關(guān)于不分離木質(zhì)纖維原料各組分狀態(tài)下制備凝膠材料的應(yīng)用研究尚未深入開(kāi)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服【背景技術(shù)】的不足，本發(fā)明提供了一種LiCl/DMSO溶解的木質(zhì)纖維素制備木質(zhì)纖維凝膠材料的方法。主要解決了現(xiàn)有方法制備纖維素凝膠材料均基于純纖維素組分的局限。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種LiCl/DMSO溶解的木質(zhì)纖維素制備木質(zhì)纖維凝膠材料的方法，包括以下步驟:
[0007](I)取一定量的木質(zhì)纖維素原料，采用微型植物粉碎機(jī)粉碎成粉末；
[0008](2)篩選一定量的均勻的木質(zhì)纖維素粉末，浸入乙二胺(EDA)溶液在室溫下磁力攪拌24h后過(guò)濾并冷凍干燥，得到乙二胺處理后的木質(zhì)纖維素；
[0009](3)取一定量的粉碎均勻的木質(zhì)纖維素原料經(jīng)過(guò)乙二胺(EDA)預(yù)處理后溶于LiCl/DMSO溶液中，室溫下磁力攪拌24h，然后置于60°C恒溫磁力攪拌器上繼續(xù)攪拌2h，并得到均一的粘桐溶液；
[0010](4)待LiCl/DMSO溶解的木質(zhì)纖維素溶液冷卻至室溫后真空脫泡，脫泡完全后倒入模具中，并浸入無(wú)水乙醇中凝膠化；
[0011](5)更換無(wú)水乙醇洗滌木質(zhì)纖維素水凝膠，直至AgNO3檢驗(yàn)無(wú)Cl—存在，再用叔丁醇(TBA)置換出凝膠中的水或無(wú)水乙醇；
[0012](6)對(duì)木質(zhì)纖維素凝膠材料冷凍干燥，揮發(fā)無(wú)水乙醇，得到木質(zhì)纖維素氣凝膠材料。
[0013]本發(fā)明專(zhuān)利提供的方法工藝中，步驟(I)中所述的木質(zhì)纖維素原料包含有大豆秸桿粉、大豆秸桿、木粉、草粉、木漿、草漿等一切含有纖維素和木質(zhì)素的生物質(zhì)原料。
[0014]本發(fā)明專(zhuān)利提供的方法工藝中，步驟(2)中所述的粉碎均勻的木質(zhì)纖維素原料粉末為40-80目。
[0015]本發(fā)明專(zhuān)利提供的方法工藝中，步驟(3)中所述的均一的粘稠溶液為木質(zhì)纖維素粉末-乙二胺復(fù)合物。
[0016]本發(fā)明專(zhuān)利提供的方法工藝中，步驟(4)中所述的LiCl/DMSO溶液濃度為8%。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于，本發(fā)明取得了如下技術(shù)效果:取一定量的乙二胺預(yù)處理的大豆秸桿粉復(fù)合物溶于8%LiCl/DMSO溶液中，室溫下磁力攪拌24h，然后置于60°C恒溫磁力攪拌器上繼續(xù)攪拌2h，并得到均一的粘稠溶液。待溶液冷卻至室溫后真空脫泡，脫泡完全后倒入模具中，并浸入無(wú)水乙醇中凝膠化，更換無(wú)水乙醇洗滌水凝膠，直至AgNO3檢驗(yàn)無(wú)Cl—存在，再用叔丁醇置換出凝膠中的水或無(wú)水乙醇，最后冷凍干燥，得到木質(zhì)纖維素氣凝膠材料。
[0018]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1、由于本發(fā)明使用的木質(zhì)纖維素原料屬環(huán)保型綠色材料，安全無(wú)毒且可完全降解，既不會(huì)對(duì)制備的木質(zhì)纖維素凝膠產(chǎn)生毒性，也不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕、給環(huán)境帶來(lái)污染，還可降低成本。
[0020]2、由于本發(fā)明使用的核心冷凍設(shè)備簡(jiǎn)單常見(jiàn)，不需要添加貴重設(shè)備，因此可低成本地實(shí)現(xiàn)綠色制備工藝。
[0021]3、本發(fā)明所制備的木質(zhì)纖維素氣凝膠具有綠色無(wú)毒的優(yōu)勢(shì)，形態(tài)好，材料輕，孔隙均勻且具有一定的力學(xué)強(qiáng)度。
[0022]4、本發(fā)明提供的制備木質(zhì)纖維凝膠材料的方法工藝簡(jiǎn)單，工藝容易控制且生產(chǎn)成本低。
[0023]5、本發(fā)明制備的木質(zhì)纖維素氣凝膠材料用途廣泛，可用于隔聲、隔熱、吸油和負(fù)載納米粒子等特殊需求，屬于高附加值產(chǎn)品。制備方法可高效利用低質(zhì)生物質(zhì)資源，拓寬低質(zhì)生物質(zhì)的用途，提高其使用價(jià)值，為高效利用低質(zhì)生物質(zhì)資源提供新的思路和途徑。
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1不同木質(zhì)纖維濃度凝膠表面及斷面掃描電鏡照片，Stem-1%表示木質(zhì)纖維素含量為1%，Stem_2%表不木質(zhì)纖維素含量為2%，Stem_3%表不木質(zhì)纖維素含量為3%
[0026]圖2不同脫木質(zhì)素程度木質(zhì)纖維凝膠掃描電鏡照片，Stem-Oh表示木質(zhì)纖維素原料未脫木質(zhì)素的凝膠材料，Stem-0.5h表示木質(zhì)纖維素原料脫木質(zhì)素0.5h的凝膠材料，Stem-1h表示木質(zhì)纖維素原料脫木質(zhì)素Ih的凝膠材料，Stem-2h表示木質(zhì)纖維素原料脫木質(zhì)素2h的凝膠材料
[0027]圖3不同脫木質(zhì)素程度木質(zhì)纖維凝膠在不同溫度下的平衡溶脹率，Stem-Oh表示木質(zhì)纖維素原料未脫木質(zhì)素的凝膠材料，Stem-0.5h表示木質(zhì)纖維素原料脫木質(zhì)素0.5h的凝膠材料，Stem-1h表示木質(zhì)纖維素原料脫木質(zhì)素Ih的凝膠材料，Stem_2h表示木質(zhì)纖維素原料脫木質(zhì)素2h的凝膠材料
[0028]圖4不同濃度木質(zhì)纖維素凝膠材料在不同溫度下的平衡溶脹率，Stem-lh-1%表示木質(zhì)纖維素含量為1%的凝膠材料在不同溫度下的平衡溶脹率，Stem-lh-2%表示木質(zhì)纖維素