本發(fā)明涉及生物質(zhì)基納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種高結(jié)晶度植物纖維制備微納纖絲的預(yù)處理方法。

背景技術(shù)：

納米纖維素以其高強(qiáng)度、低密度、生物相容性、可再生性等特點(diǎn)，在高性能復(fù)合納米材料中顯示出巨大的應(yīng)用前景。依據(jù)制備方法和性能的不同，納米纖維素主要分為兩類：納米微晶纖維素和納米纖絲纖維素。機(jī)械法制備納米纖絲纖維素的過程主要為物理過程，得率較高，且相對(duì)于納米微晶纖維素的制備工藝，對(duì)設(shè)備的腐蝕性小，被廣泛應(yīng)用。但機(jī)械法制備納米纖維素仍存在能耗高、纖維尺寸過大堵塞管路等問題，纖維原料的預(yù)處理成為解決該問題重要手段之一。常用的預(yù)處理方法有化學(xué)法、機(jī)械法和酶法，酶法預(yù)處理因?qū)Ｒ恍詮?qiáng)，條件溫和，對(duì)環(huán)境危害較少，成為較為綠色環(huán)保的預(yù)處理工藝之一。

植物纖維的結(jié)晶度越高，微觀結(jié)構(gòu)越致密，纖維越難被機(jī)械分絲至微納米級(jí)別。本發(fā)明以高結(jié)晶度纖維為原料，溫和的纖維素酶預(yù)處理，疏松纖維結(jié)構(gòu)，降低機(jī)械處理能耗，為高結(jié)晶度微納纖絲低能耗制備提供技術(shù)支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

高結(jié)晶度植物纖維微觀結(jié)構(gòu)致密，采用機(jī)械法直接均質(zhì)制備納米纖絲纖維素，能耗較高，且纖維不易分絲。本發(fā)明提供了一種高結(jié)晶度植物纖維制備微納纖絲的預(yù)處理方法，該方法包括高結(jié)晶度植物纖維酶預(yù)處理和纖維素酶回用，具體通過纖維素酶溫和預(yù)處理高結(jié)晶度植物纖維，疏松植物纖維微觀結(jié)構(gòu)，降低后續(xù)制備納米纖絲纖維素過程的能耗。選用的纖維素酶可水解纖維素中特定結(jié)構(gòu)的糖苷鍵，切斷纖維素大分子鏈，使預(yù)處理后纖維結(jié)構(gòu)更為疏松，利于機(jī)械均質(zhì)過程纖維分絲至微納纖絲。預(yù)處理工段后纖維素酶可以分離回用，在一定程度上降低制備高結(jié)晶度微納纖絲的制造成本。本發(fā)明通過酶預(yù)處理有效疏松高結(jié)晶度植物纖維的微觀結(jié)構(gòu)，降低后續(xù)制備微納纖絲的能耗，為絲狀綠藻納米纖絲纖維素的低能耗制備提供技術(shù)支持。。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種高結(jié)晶度植物纖維制備微納纖絲的預(yù)處理方法，包括以下步驟：

（1）將高結(jié)晶度植物纖維加入到緩沖溶液中，攪拌均勻，制備植物纖維分散液；

（2）向植物纖維分散液中加入內(nèi)切纖維素酶，攪拌混合均勻，進(jìn)行酶預(yù)處理反應(yīng)；

（3）反應(yīng)結(jié)束后，固液分離，將所得到的植物纖維殘?jiān)捎酶邏何⑸淞骷{米均質(zhì)機(jī)機(jī)械均質(zhì)制備微納纖絲，將分離得到的含活性纖維素酶的酶解液再次回用于植物纖維的酶預(yù)處理中。

優(yōu)選的，步驟（1）所述高結(jié)晶度植物纖維指結(jié)晶度大于85%的植物來源纖維，如藻類纖維、麻類纖維等。

優(yōu)選的，步驟（1）所述緩沖溶液為pH為4.0~5.0的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液。

優(yōu)選的，步驟（1）所述高結(jié)晶度植物纖維在植物纖維分散液中的濃度為2~10 wt%。

優(yōu)選的，步驟（2）所述酶預(yù)處理反應(yīng)的溫度為45-65℃，時(shí)間為24~48 h。

優(yōu)選的，步驟（2）所述內(nèi)切纖維素酶的用量為3~10 IU/g高結(jié)晶度植物纖維。內(nèi)切纖維素酶主要破壞了致密的植物纖維結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)，切斷纖維素大分子鏈，較少葡聚糖被水解為低聚糖，有效的保持后續(xù)制備微納纖絲的得率。

優(yōu)選的，步驟（3）所得酶解液繼續(xù)回用于高結(jié)晶度植物纖維的預(yù)處理中1~3次。

優(yōu)選的，預(yù)處理后植物纖維殘?jiān)牡寐蚀笥?0.0 %，聚合度降低了10.0 %-60.0 %。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)與技術(shù)效果：

1、本發(fā)明將通過纖維素酶溫和預(yù)處理高結(jié)晶度植物纖維，疏松植物纖維微觀結(jié)構(gòu)，降低后續(xù)制備納米纖絲纖維素過程的能耗。

2、本發(fā)明酶預(yù)處理工段后纖維素酶可以分離回用，在一定程度上降低制備高結(jié)晶度微納纖絲的制造成本。

3、本發(fā)明采用單一的內(nèi)切纖維素酶處理植物纖維，針對(duì)性切斷大分子纖維素鏈，處理過程產(chǎn)生較少低聚糖，有效保證預(yù)處理后植物纖維得率。

具體實(shí)施方式

以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

在 5.0 g 結(jié)晶度為 95.2% 的藻類纖維中加入pH為4.8的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液，攪拌均勻，得植物纖維分散液，其中藻類纖維在植物纖維分散液中的濃度為 2.0 wt%；再加入3 IU/g Novozyme Fibercare^?的內(nèi)切纖維素酶（酶用量相對(duì)于每克藻類纖維），45℃攪拌反應(yīng)48 h。反應(yīng)結(jié)束后，纖維殘?jiān)牡寐蕿?96.8 %，聚合度降低了40 %。分離植物纖維殘?jiān)兔附庖海瑢⑺玫降闹参锢w維殘?jiān)捎酶邏何⑸淞骷{米均質(zhì)機(jī)機(jī)械均質(zhì)制備微納纖絲，將含有活性纖維素酶的酶解液繼續(xù)回用于高結(jié)晶度藻類纖維的預(yù)處理，預(yù)處理?xiàng)l件與該實(shí)施例前述的一致。采用回用1次的纖維素酶預(yù)處理高結(jié)晶度藻類纖維，預(yù)處理后纖維殘?jiān)牡寐蕿?98.2 %，聚合度降低了10 %。

實(shí)施例2

在3.0 g 結(jié)晶度為85.0% 的麻類纖維中加入pH為4.8的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液，攪拌均勻，得植物纖維分散液，其中麻類纖維在植物纖維分散液中的濃度為 10.0 wt%；再加入10 IU/g Novozyme Fibercare?的內(nèi)切纖維素酶（酶用量相對(duì)于每克麻類纖維），65℃攪拌反應(yīng)24 h，反應(yīng)結(jié)束后，纖維殘?jiān)牡寐蕿?97.5 %，聚合度降低了55.6 %。分離植物纖維殘?jiān)兔附庖海瑢⑺玫降闹参锢w維殘?jiān)捎酶邏何⑸淞骷{米均質(zhì)機(jī)機(jī)械均質(zhì)制備微納纖絲，將含有活性纖維素酶的酶解液繼續(xù)回用于高結(jié)晶度麻類纖維的預(yù)處理，預(yù)處理?xiàng)l件與該實(shí)施例前述的一致。采用回用3次纖維素酶預(yù)處理高結(jié)晶度麻類纖維，預(yù)處理后纖維殘?jiān)牡寐蕿?9.0 %，聚合度降低了10.0 %。

實(shí)施例3

在4.5 g結(jié)晶度為91.5%的藻類纖維中加入pH為5.0的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液，攪拌均勻，得植物纖維分散液，其中藻類纖維在植物纖維分散液中的濃度為5.0 wt%；再加入8 IU/g Novozyme Fibercare?的內(nèi)切纖維素酶（酶用量相對(duì)于每克藻類纖維），55℃攪拌反應(yīng)32 h，反應(yīng)結(jié)束后，纖維殘?jiān)牡寐蕿?95.0 %，聚合度降低了50.0 %。分離植物纖維殘?jiān)兔附庖海瑢⑺玫降闹参锢w維殘?jiān)捎酶邏何⑸淞骷{米均質(zhì)機(jī)機(jī)械均質(zhì)制備微納纖絲，將含有活性纖維素酶的酶解液繼續(xù)回用于高結(jié)晶度藻類纖維的預(yù)處理，預(yù)處理?xiàng)l件與該實(shí)施例前述的一致。采用回用2的纖維素酶預(yù)處理高結(jié)晶度藻類纖維，預(yù)處理后纖維殘?jiān)牡寐蕿?7.8 %，聚合度降低了15.0 %。

實(shí)施例4

在5.0g結(jié)晶度為93.0%的麻類纖維中加入pH為4.0的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液，攪拌均勻，得植物纖維分散液，其中麻類纖維在植物纖維分散液中的濃度為 7.5 wt%；再加入10 IU/g Novozyme Fibercare?的內(nèi)切纖維素酶（酶用量相對(duì)于每克麻類纖維），50℃攪拌反應(yīng)36 h，反應(yīng)結(jié)束后，纖維殘?jiān)牡寐蕿?90.0 %，聚合度降低了60.0 %。分離植物纖維殘?jiān)兔附庖海瑢⑺玫降闹参锢w維殘?jiān)捎酶邏何⑸淞骷{米均質(zhì)機(jī)機(jī)械均質(zhì)制備微納纖絲，將含有活性纖維素酶的酶解液繼續(xù)回用于高結(jié)晶度麻類纖維的預(yù)處理，預(yù)處理?xiàng)l件與該實(shí)施例前述的一致。采用回用1次的纖維素酶預(yù)處理高結(jié)晶度麻類纖維，預(yù)處理后纖維殘?jiān)牡寐蕿?0.0 %，聚合度降低了60.0 %。

實(shí)施例5

在4.5 g結(jié)晶度為91.5%的藻類纖維中加入pH為4.8的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液，攪拌均勻，得植物纖維分散液，其中藻類纖維在植物纖維分散液中的濃度為 10.0 wt%；再加入3 IU/g Novozyme Fibercare?的內(nèi)切纖維素酶（酶用量相對(duì)于每克藻類纖維），45℃攪拌反應(yīng)24 h，反應(yīng)結(jié)束后，植物纖維殘?jiān)牡寐蕿?98.5 %，聚合度降低了10 %。分離植物纖維殘?jiān)兔附庖海瑢⑺玫降闹参锢w維殘?jiān)捎酶邏何⑸淞骷{米均質(zhì)機(jī)機(jī)械均質(zhì)制備微納纖絲，將含有活性纖維素酶的酶解液繼續(xù)回用于高結(jié)晶度藻類纖維的預(yù)處理，預(yù)處理?xiàng)l件與該實(shí)施例前述的一致。采用回用1次的纖維素酶預(yù)處理高結(jié)晶度藻類纖維，預(yù)處理后纖維殘?jiān)牡寐蕿?8.5 %，聚合度降低了10.0 %。

以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。