一种无毒环保的纳米木质素的制备方法专利检索-含木质素材料的组合物专利检索查询-专利查询网

一种无毒环保的纳米木质素的制备方法

专利类型	发明公开	法律事件	公开; 实质审查;
专利有效性	实质审查	当前状态	实质审查
申请号	CN202311326261.8	申请日	2023-10-13
公开(公告)号	CN117362688A	公开(公告)日	2024-01-09
申请人	华南理工大学;	申请人类型	学校
发明人	陈港; 杨天宁; 贺莹莹; 王淳玉;	第一发明人	陈港
权利人	华南理工大学	权利人类型	学校
当前权利人	华南理工大学	当前权利人类型	学校
省份	当前专利权人所在省份：广东省	城市	当前专利权人所在城市：广东省广州市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：广东省广州市天河区五山路	邮编	当前专利权人邮编：510630
主IPC国际分类	C08J3/12	所有IPC国际分类	C08J3/12 ; C08J3/14 ; C08L97/00 ; B82Y40/00
专利引用数量	0	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	7	专利文献类型	A
专利代理机构	广州艾维专利商标代理事务所	专利代理人	黄强;
摘要	本发明公开了一种超声辅助、无毒环保溶剂进行溶剂交换以制备纳米木质素的方法，将工业木质素1‑4份溶解在100‑400份无毒醇类的水溶液中，磁力搅拌后过滤掉不溶性的杂质，将滤液用去离子水透析，透析得到的木质素分散液在150W‑1000W的功率下冰浴超声后冷冻干燥，即可得到纳米木质素粉末。制备获得的纳米木质素粉末可应用于纳米填料、碳材料前驱体、紫外屏蔽、抗氧化材料、抗菌材料等领域。该方法操作简便、绿色环保且能耗较低，对于木质素纳米化的规模化生产应用具有现实意义。
权利要求	1.一种无毒环保的木质素纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：将工业木质素1‑4份溶解在100‑400份无毒醇类物质的水溶液中，磁力搅拌一段时间后，过滤掉不溶性的杂质备用；第二步：将滤液转移到截止分子量为3500‑7000DA的透析袋中，用去离子水透析；第三步：将透析后的纳米木质素分散液在225‑650W的功率下冰浴超声1‑10min；第四步：将超声后的纳米木质素分散液冷冻干燥，即得。 2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一步中所述工业木质素为硫酸盐木质素。 3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一步中所述无毒醇包括但不限于乙醇、甘油、正癸醇、月桂醇中的一种或多种。 4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一步中过滤用的滤膜材质为聚四氟乙烯，孔径为450nm。 5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第二步中所述透析袋的材质为再生纤维素。 6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第三步中冰浴超声用的设备为超声波细胞破碎仪，每次超声的液体量不超过200mL。 7.根据权利要求1‑6任一项所述制备方法制备得到的木质素纳米颗粒。
说明书全文	一种无毒环保的纳米木质素的制备方法技术领域 [0001] 本发明属于生物质纳米材料领域，主要涉及一种超声辅助、无毒环保溶剂进行溶剂交换制备纳米木质素的方法。背景技术 [0002] 木质纤维资源作为一种储量丰富、可再生的生物质资源，具有成为下一代能源和材料来源的巨大潜力。就木质纤维资源的利用而言，目前仅有纤维素成分得到了大规模利用，在制浆造纸领域每年产生超过7000万吨的工业木质素，其中大约95％的木质素被能源化利用，如制浆过程件回收的燃烧工段，只有极少部分得到高值化利用。 [0003] 木质素高值化利用存在的问题是不同提取方法得到的木质素结构、聚合度等差异较大导致其性能不稳定，高值化利用难度较大。纳米颗粒由于其极大的比表面积，物理和化学性质通常由其表面特性决定。将木质素纳米化后，其在水中的可分散性大大提高，这在一定程度上克服了木质素不溶于水的缺点，同时木质素具有大量官能团如甲氧基、羧基、醇羟基、羰基、醚键和碳碳双键等，经过化学改性能够得到具有不同功能和性质的纳米木质素，这为木质素的高值化利用提供了广阔的前景：如CN116530726A公开了一种负载纳米木质素/硒香烟过滤嘴及其制备方法，将纳米木质素负载在烟嘴中，吸附烟气中包含的一氧化碳和甲醛，不仅降低了抽吸香烟对人体健康的危害，还不会增加过滤嘴降解对环境造成的压力；CN113440646A公开了一种基于植物的具有防晒功能的液体创可贴的制备方法，将纳米木质素添加至创可贴中，有效降低了阳光中紫外线对伤口的影响。 [0004] 目前，纳米木质素的合成与制备方法可分为两大类：“自下而上”法和“自上而下”法。“自下而上”法是指木质素单元通过物理键或化学键堆积形成纳米木质素；而“自上而下”法是通过粉碎、研磨等物理方法将大块木质素原料裂解为纳米木质素。常见的纳米木质素制备方法有超声法、加酸沉淀法、高剪切均质法、溶剂交换法等。以上制备纳米木质素的方法中存在着以下问题： [0005] (1)使用的溶剂具有酸碱性或毒性：如CN113968978A公开了一种纳米木质素及其制备方法，运用的有机溶剂甲醇等毒性较大。 [0006] (2)能耗高：如Obtaining lignin nanoparticles by sonication[J].Ultrasonics Sonochemistry,23(2015)369–375报道了用单纯超声法制备纳米木质素，但长时间高功率的超声会产生巨大的能耗。 [0007] (3)工艺复杂：如CN113354692A公开了一种绿色制备纳米木质素的方法，用离子液体溶解木质素时要先预热处理后再低温冷却，然后还需要高温长时间的水热反应。 [0008] (4)制备得到的纳米木质素粒径较大且不均一：如CN116622096A公开了一种秸秆纳米木质素的制备方法及其抑制酪氨酸酶活性的应用，用乙二醇做溶剂进行溶剂交换得到的纳米木质素粒径差距较大。 [0009] 因此，研发一种操作简便、绿色环保且成本较低的制备方法对于木质素纳米化的大规模生产应用具有重要意义。发明内容 [0010] 本发明的目的在于解决上述背景技术中提出的有机溶剂有毒性、粒径较大、能耗高与工艺复杂的问题，从而提供一种超声辅助无毒环保溶剂交换制备纳米木质素的制备方法。 [0011] 为达到上述目的，本发明是通过如下手段得以实现的： [0012] 本发明第一方面提供了一种无毒环保的木质素纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤： [0013] 第一步：将工业木质素1‑4份溶解在100‑400份无毒醇类物质水溶液中，磁力搅拌一段时间后，过滤掉不溶性的杂质备用； [0014] 第二步：将滤液转移到截止分子量为1000‑7000DA的透析袋中，用去离子水透析； [0015] 第三步：将透析后的纳米木质素分散液在150‑1000W的功率下冰浴超声1‑10min； [0016] 第四步：将超声后的纳米木质素分散液冷冻干燥，即得。 [0017] 作为优选地，第一步中所述工业木质素为硫酸盐木质素。 [0018] 作为优选地，第一步中所述无毒醇包括但不限于乙醇、甘油、正癸醇、月桂醇中的一种或多种。 [0019] 作为优选地，第一步中过滤用的滤膜材质为聚四氟乙烯，孔径为450nm。 [0020] 作为优选地，第二步中所述透析袋的材质为再生纤维素。 [0021] 作为优选地，第三步中冰浴超声用的设备为超声波细胞破碎仪，每次超声的液体量不超过200mL。 [0022] 本发明第二方面提供了根据上述制备方法制备得到的木质素纳米颗粒。 [0023] 本发明制备得到的纳米木质素，粒径分布在30‑100nm。与常见的丙酮、四氢呋喃有机溶剂相比，无毒醇类溶剂更加健康环保；而与现有的单一乙醇的水溶液进行溶剂交换相比，能够大幅度降低纳米木质素的粒径；短时间的超声可以有效降低溶剂交换时纳米木质素之间发生的团聚现象，增加了纳米木质素的均一性。本发明提供的纳米木质素的制备方法具有操作简便、无毒环保，能耗较低等优势，对于木质素的高值化利用有着重要意义。附图说明 [0024] 图1为本发明实施例1纳米木质素TEM表征结果示意图。 [0025] 图2为本发明实施例1纳米木质素SEM表征结果示意图。 [0026] 图3为本发明实施例1外观形态图。具体实施方式 [0027] 为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。 [0028] 实施例1 [0029] 一种无毒环保的木质素纳米颗粒，其制备方法包括如下步骤： [0030] 第一步：将工业木质素1份溶解在200份乙醇与甘油的水溶液中，乙醇的质量占比为40％，甘油的质量占比为40％，水的质量占比为20％，磁力搅拌12h后，过滤掉不溶性的杂质备用。 [0031] 第二步：将滤液转移到截止分子量为3500DA的透析袋中，用去离子水透析72小时。 [0032] 第三步：将透析后的纳米木质素分散液在225W的功率下冰浴超声5min。 [0033] 第四步：将超声后的纳米木质素分散液冷冻干燥，即可得到纳米木质素粉末，平均粒径为57.7nm。 [0034] 实施例2 [0035] 一种无毒环保的木质素纳米颗粒，其制备方法包括如下步骤： [0036] 第一步：将工业木质素1份溶解在200份乙醇与正癸醇的水溶液中，乙醇的质量占比为30％，正癸醇的质量占比为40％，水的质量占比为30％，磁力搅拌12h后，过滤掉不溶性的杂质备用。 [0037] 第二步：将滤液转移到截止分子量为1000DA的透析袋中，用去离子水透析72小时。 [0038] 第三步：将透析后的纳米木质素分散液在150W的功率下冰浴超声5min。 [0039] 第四步：将超声后的纳米木质素分散液冷冻干燥，即可得到纳米木质素粉末，平均粒径为68.3nm。 [0040] 实施例3 [0041] 一种无毒环保的木质素纳米颗粒，其制备方法包括如下步骤： [0042] 第一步：将工业木质素1份溶解在200份乙醇与月桂醇的水溶液中，乙醇的质量占比为30％，月桂醇的质量占比为30％，水的质量占比为40％，磁力搅拌12h后，过滤掉不溶性的杂质备用。 [0043] 第二步：将滤液转移到截止分子量为7000DA的透析袋中，用去离子水透析72小时。 [0044] 第三步：将透析后的纳米木质素分散液在450W的功率下冰浴超声5min。 [0045] 第四步：将超声后的纳米木质素分散液冷冻干燥，即可得到纳米木质素粉末，平均粒径为87.9nm。 [0046] 实施例4 [0047] 一种无毒环保的木质素纳米颗粒，其制备方法包括如下步骤： [0048] 第一步：将工业木质素1份溶解在400份乙醇与甘油的水溶液中，乙醇的质量占比为30％，甘油的质量占比为40％，水的质量占比为30％，磁力搅拌12h后，过滤掉不溶性的杂质备用。 [0049] 第二步：将滤液转移到截止分子量为7000DA的透析袋中，用去离子水透析72小时。 [0050] 第三步：将透析后的纳米木质素分散液在225W的功率下冰浴超声10min。 [0051] 第四步：将超声后的纳米木质素分散液冷冻干燥，即可得到纳米木质素粉末，平均粒径为71.2nm。 [0052] 实施例5 [0053] 一种无毒环保的木质素纳米颗粒，其制备方法包括如下步骤： [0054] 第一步：将工业木质素1份溶解在400份乙醇与正癸醇的水溶液中，乙醇的质量占比为35％，正癸醇的质量占比为40％，水的质量占比为25％，磁力搅拌12h后，过滤掉不溶性的杂质备用。 [0055] 第二步：将滤液转移到截止分子量为3500DA的透析袋中，用去离子水透析72小时。 [0056] 第三步：将透析后的纳米木质素分散液在675W的功率下冰浴超声10min。 [0057] 第四步：将超声后的纳米木质素分散液冷冻干燥，即可得到纳米木质素粉末，平均粒径为59.1nm。 [0058] 实施例6 [0059] 一种无毒环保的木质素纳米颗粒，其制备方法包括如下步骤： [0060] 第一步：将工业木质素1份溶解在400份乙醇与月桂醇的水溶液中，乙醇的质量占比为25％，月桂醇的质量占比为40％，水的质量占比为35％，磁力搅拌12h后，过滤掉不溶性的杂质备用。 [0061] 第二步：将滤液转移到截止分子量为7000DA的透析袋中，用去离子水透析72小时。 [0062] 第三步：将透析后的纳米木质素分散液在225W的功率下冰浴超声10min。 [0063] 第四步：将超声后的纳米木质素分散液冷冻干燥，即可得到纳米木质素粉末，平均粒径为86.4nm。 [0064] 实施例7 [0065] 一种无毒环保的木质素纳米颗粒，其制备方法包括如下步骤： [0066] 第一步：将工业木质素1份溶解在200份乙醇与月桂醇的水溶液中，乙醇的质量占比为35％，月桂醇的质量占比为40％，水的质量占比为25％，磁力搅拌12h后，过滤掉不溶性的杂质备用。 [0067] 第二步：将滤液转移到截止分子量为3500DA的透析袋中，用去离子水透析72小时。 [0068] 第三步：将透析后的纳米木质素分散液在450W的功率下冰浴超声1min。 [0069] 第四步：将超声后的纳米木质素分散液冷冻干燥，即可得到纳米木质素粉末，平均粒径为63.6nm。 [0070] 实施例8 [0071] 一种无毒环保的木质素纳米颗粒，其制备方法包括如下步骤： [0072] 第一步：将工业木质素1份溶解在200份乙醇与月桂醇的水溶液中，乙醇的质量占比为35％，月桂醇的质量占比为40％，水的质量占比为25％，磁力搅拌12h后，过滤掉不溶性的杂质备用。 [0073] 第二步：将滤液转移到截止分子量为1000DA的透析袋中，用去离子水透析72小时。 [0074] 第三步：将透析后的纳米木质素分散液在900W的功率下冰浴超声5min。 [0075] 第四步：将超声后的纳米木质素分散液冷冻干燥，即可得到纳米木质素粉末，平均粒径为49.7nm。 [0076] 以上具体实施方式部分对本发明所涉及的分析方法进行了具体的介绍。应当注意的是，上述介绍仅是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明的方法及思路，而不是对相关内容的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域技术人员还可以对本发明进行适当的调整或修改，上述调整和修改也应当属于本发明的保护范围。

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