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納米纖維素( NCC )是至少一維尺寸達到1——100nm，并可以在水中分散形成穩(wěn)定懸浮液的纖維素晶體。NCC是一種可再生的納米材料，是目前研究的前沿和熱點。它擁有一些優(yōu)越的性能，如特有的光學性質、流變性能和機械性能等，以及具有生物材料的輕質、可降解、生物相容性及可再生等特性，使其具有廣泛的應用價值，可以作為納米復合材料中的增強材料，以及用于生物醫(yī)藥、造紙包裝﹑食品添加劑、電子器件等諸多領域。

目前制備NCC的方法整體上可分為物理機械法、化學法和生物法，但均存在著一些缺點，如物理機械法能耗較高、化學法成本高、生物法耗時長等，都將制約著NCC進一步的發(fā)展。在此，提供一種低強度超聲波輔助氨基酸離子液體制備納米纖維素的方法。

原理：

氨基酸離子液體是一種性能優(yōu)異、安全環(huán)保的綠色溶劑，具有化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、不燃性及極低蒸汽壓的優(yōu)點，能回收和重復使用，并且在溶解和分離木質纖維素方面擁有很好的作用效果。在低強度超聲波輔助過程中，超聲波的空化作用會形成機械振動能量和振動波，更有利于促進纖維內部發(fā)生細纖維化，在這種條件下，玉米秸稈中的纖維鏈間氫鍵破壞，逐步將生物質纖維分解成納米纖絲化纖維。利用農業(yè)廢棄物玉米秸稈作為初始原料，能降低成本，且整個制備過程綠色環(huán)保，制得的納米纖維素粒徑均一、性能優(yōu)良、得率高，可將其應用于柔性電子顯示屏領域。

操作步驟：

（1）氨基酸離子液體的預處理：將粉碎后的玉米秸稈（尺寸優(yōu)選為30——60目）與氨基酸離子液體（優(yōu)選為甘氨酸離子液體、賴氨酸離子液體或丙氨酸離子液體）在60——100℃的溫度下均勻混合（即粉碎后的玉米秸稈與氨基酸離子液體的質量比例為1——8:100），處理1.0——5.0h后得到混合物。

（2）超聲處理：將得到的固液混合物放在超聲水浴儀中進行超聲處理。超聲處理的條件為：功率50——200W，溫度控制在25——35℃，處理時間10——40min。

（3）后處理：將超聲處理后的混合物進行離心分離（轉速為3000——10000r/min，離心時間10——30min）、干燥處理（冷凍干燥處理的條件為：溫度為-60——-30℃，時間為12——36h），得到固態(tài)的納米纖維素。納米纖維素的性能指標：得率為21.63%——36.07%；直徑為14——284 nm；長度為79——1286nm。

對于NCC而言，結晶度越高，熱穩(wěn)定性越好�，F(xiàn)有市場上購買的NCC的結晶度一般在70％——75％左右。NCC結晶度的提高是比較困難，不僅要考慮得率，還要兼顧尺寸方面的要求，另外制備過程還要考慮成本等相關問題。通常，一般得率增加，結晶度呈現(xiàn)增加的趨勢，直徑和長度會呈現(xiàn)下降的趨勢，這是因為纖維素降解過程的實質就是去掉無定形區(qū)，保留結晶區(qū)的過程。得率越高，結晶區(qū)保留的就越多，無定形區(qū)去掉的就多，結晶度相對越高；與此同時，纖維長度就變短。采用“低強度超聲波輔助氨基酸離子液體”結合法，能解決單一的氨基酸離子液體制備的NCC結晶度不高﹑熱穩(wěn)定性較差等問題，能提高NCC的產品質量。

有益效果：

（1）采用農業(yè)廢棄物玉米秸稈作為初始原料，具有原料來源豐富、成本低的特點，符合國家廢棄物循環(huán)利用及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

（2）超聲波沒有選擇性，采用低強度超聲波，是一種綠色環(huán)保的物理手段。超聲強度過高，會同時去掉纖維素分子鏈中的結晶區(qū)和無定型區(qū)，導致得到的NCC結晶度降低。采用低強度的超聲波，是一種很溫和的超聲環(huán)境，有利于促進纖維素中的無定形區(qū)降解而保留結晶區(qū)。

（3）采用的氨基酸離子液體是一種綠色溶劑，不但化學穩(wěn)定性好、能回收利用、無毒，還具有優(yōu)良的生物溶解性、預處理溫度低、高效快速的特性，因此符合綠色節(jié)能的理念。

（4）采用的“低強度超聲波輔助氨基酸離子液體”結合法，能解決單一的氨基酸離子液體制備的NCC結晶度不高﹑熱穩(wěn)定性較差等問題，能提高NCC的產品質量。

（5）制備納米纖維素的設備和操作簡單，適宜于規(guī)模化的大生產。

責任編輯：葛鴻燕

校對：葛鴻燕

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