一种铁催化过氧化氢氧化制备纳米纤维素方法

本发明涉及一种清洁型过氧化氢铁催化体系的微纤化纤维素(MFC)制备方法，提供一种以过氧化氢、硫酸亚铁为主要试剂的微纤化纤维素(MFC)制备方法。 本发明中，先用二价铁预浸渍纸浆纤维，再用过氧化氢氧化浸渍后的纸浆纤维；最后结合高压均质制备出性能优良的微纤化纤维素。过氧化氢试剂对环境无污染，且反应过程中无需调整反应溶液的pH，相较于传统的制备方法，该方法更为清洁、高效、成本低。

权利要求书

1.一种铁催化过氧化氢氧化制备纳米纤维素方法，步骤为：

（1）取漂白硫酸盐针叶木浆(NBKP)原料，在去离子水中浸泡4 h， 用瓦力打浆机按标准QB/T 3703—1999 疏解打浆至打浆度为50 °SR 左右。

（2）将化学品1 溶于水，加入打浆后的NBKP，配制浸渍浓度为5%～10%的纸浆浸渍液， 充分浸渍后，抽滤备用。

（3）在抽滤后的浆料中加入化学品2，在不高于50 ℃温度条件下充分混合，静置10～30 min，完成氧化反应。

（4）将反应后的浆料洗涤抽滤，加水稀释至浆料悬浮液浓度为1.0%～2.0%， 利用高压均质机在60～80 MPa 压力下循环均质处理后，获得纳米纤维素成品。

其特征在于所述“化学品1”和“化学品2”成分及其以纸浆绝干纤维计的质量百分比用量分别如下： 化学品1 的成分为硫酸亚铁， 用量为0.01%～0.15%； 化学品2 的成分为过氧化氢， 用量为5%～25%。 上述硫酸亚铁溶液浓度为0.15%～0.5%，过氧化氢试剂浓度为27.5%，均为工业级化学试剂。

技术领域

本发明属于植物纤维素资源利用领域， 涉及一种以植物纤维为原料， 利用铁催化过氧化氢氧化制备纳米纤维素方法。

背景技术

纳米纤维素因其生物可降解性、 高长径比以及优良的力学性能和阻隔性能等特点， 在造纸、 气凝胶、 复合材料以及医药等诸多领域具有广阔的应用前景。 当前纳米纤维素制备过程中普遍采用的化学预处理方法，由于潜在的环境污染问题，在一定程度上限制了其应用领域和规模化生产。 芬顿(H2O2/Fe2+)氧化体系具有绿色环保、氧化性强等独特优势，将其应用于纳米纤维素制备中，具有远大的发展前景。

目前， 国内外关于纳米纤维素制备的研究工作主要关注于利用TEMPO 试剂和高碘酸盐试剂等化学预处理方法改善植物纤维后续加工性能， 这些方法在反应过程中可能存在多种有毒有害中间产物，且制备成本较高、反应过程浓度极低，不利于实现纳米纤维素的规模化清洁制备； 现有文献中未见以双氧水为主要氧化剂， 在亚铁离子催化氧化条件下实现纳米纤维素制备的成熟方法。 本发明提出的工艺技术，具有氧化效率高、操作简便、无污染等技术特点， 对于纳米纤维素材料的规模化制备与应用具有积极的促进作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种以过氧化氢为氧化剂、 二价铁为催化剂的微纤化纤维素（MFC）制备方法，本方法采用过氧化氢氧化降解纤维素， 利用二价铁催化过氧化氢生成具有强氧化性的氧化基团，如羟基自由基；此外，反应体系的酸碱度不用刻意调整， 因过氧化氢的弱酸性，溶液的pH 始终保持在酸性溶液，避免了强酸强碱或者有毒试剂对环境的污染， 从而建立一种新型的清洁无污染、 成本低廉的制备方法。 将氧化后的纤维素通过后期的高压均质处理， 最终制备出性能优良的微纤化纤维素（MFC）。

一种过氧化氢铁催化清洁体系的微纤化纤维素制备方法，方法的步骤为：

（1）取漂白硫酸盐针叶木浆（NBKP）原料，在去离子水中浸泡4 h， 用瓦力打浆机按标准QB/T 3703—1999 疏解打浆，平衡水分测其干度，测其打浆度为50 °SR 左右。

（2）将化学品1 溶于水，加入打浆后的NBKP，混合均匀，抽滤备用。

（3）将上述浆料置于烧杯中，加入化学品2，充分搅拌使化学品2 与浆料充分反应； 将混合均匀的浆料与化学品置于水浴锅中完成反应。

（4）将反应后的浆料洗涤抽滤，利用高压均质机均质后，得到最终的微纤化纤维素成品。

所述“化学品1”和“化学品2”的成分及其以纸浆绝干纤维计的质量百分比用量分别如下： 化学品1 的成分为硫酸亚铁，用量为0.15%；化学品2 的成分为过氧化氢，用量为15%。

所述硫酸亚铁配制成悬浮液使用， 浓度为0.15%～0.5%，浸渍液浓度为5%～10%，均质溶液浓度为1.0%～2.0%，所用过氧化氢浓度为27.5%。

而且， 所述制备方法的操作单元的参数设定范围如下： 均质机的压力范围60～80 MPa， 均质次数8～12 循环；恒温水浴锅的温度范围40～50 ℃，停留时间30 min；

由所述的制备方法制得的微纤化纤维素性能指标范围如下：聚合度为200～400；比表面积为16 m2/g；表观黏度为1100 cp；纳米级直径，微米级长度；

本发明相对于现有技术取得了以下优点和积极效果：

（1）与TEMPO、高碘酸盐等化学预处理方法相比，芬顿试剂清洁，高效，成本低，避免了TEMPO 方法潜在的有机氯化物在食品、 药品领域应用中的潜在风险。 而且催化剂Fe2+易回收， 建立了一种新的MFC 制备方法；

（2）将大长径比MFC 添加到纸浆中并有效提高纸幅初湿强度， 为其在造纸工业中的应用探索了新的途径。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1

一种过氧化氢铁催化清洁体系的微纤化纤维素制备方法，所选用的制浆原料、化学药品和生产设备以及具体的制备工艺参数分别描述如下：

1.制备原材料和设备

制浆中试生产采用漂白针叶木硫酸盐浆， 打浆度为50 °SR 左右。

过氧化氢为无色透明液体，易溶于水，其固含量为30%；硫酸亚铁是一种白色粉末，溶于水、甘油，不溶于乙醇， 使用时需事先在水的介质下配置成溶液，浓度为0.15%～0.5%；“化学品1”和“化学品2”按照微纤化纤维素制备工艺流程加入，所包含的化学药品的用量如下： 化学品1 的成分为硫酸亚铁， 用量为0.15%；化学品2 的成分为过氧化氢，用量为15%。

上述百分数是以纸浆中的绝干纤维质量的百分比计，纸浆中的绝干纤维是计算的基准。

2.制备工艺的具体流程

（1）取漂白硫酸盐针叶木浆（NBKP）原料，在去离子水中浸泡4 h， 用瓦力打浆机按标准QB/T 3703—1999 疏解打浆，平衡水分测其干度，测其打浆度为50 °SR 左右。

（2）将化学品1 溶于水，加入打浆后的NBKP，混合均匀，抽滤备用。

（3）将上述浆料置于烧杯中，加入化学品2，充分搅拌使化学品2 与浆料充分反应； 将混合均匀的浆料与化学品置于水浴锅中充分反应。

（4）将反应后的浆料洗涤抽滤，利用高压均质机均质后，得到最终的微纤化纤维素成品。

3.具体的制备工艺参数

主要操作单元的工艺参数如下： 均质机的压力范围60～80 MPa，均质次数8～12 循环；恒温水浴锅的温度范围40～50 ℃；停留时间30 min。