一种ph调节快速可逆制备木质素纳米粒子的方法
技术领域
1.本发明涉及纳米材料及绿色材料领域，具体涉及一种ph调节快速可逆制备木质素纳米粒子的方法。
背景技术：
2.木质素作为自然界中仅次于纤维素的第二大可再生资源，由于其复杂的分子结构和极高的异质性，长期以来，绝大部分仅作为造纸工业的副产品被丢弃或进行燃烧供能等低值化利用。木质素纳米粒子的开发不仅巧妙的克服了木质素的异质性，而且可以赋予其纳米材料多种特性，很大程度上扩展了木质素在载体材料、催化材料和聚合物复合材料等领域的应用。
3.目前，已有多种方法可以制备出不同形貌的木质素纳米粒子，如溶剂置换法、酸沉淀法、透析法、超声法、球磨法等。由于木质素可以溶解于碱或有机溶剂中，通过溶解-再制备过程，可以实现木质素纳米粒子的重复利用。在木质素纳米粒子重复再造的过程中，溶解(或称为木质素纳米粒子解离)阶段较为简单，而制备过程需要较长的时间、较繁琐的步骤或较高的能耗。因此，若能够通过简单、快速的方法，实现木质素纳米粒子的可拟制备，将更佳有助于实现其绿色化应用。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种ph调节快速可逆制备木质素纳米粒子的方法，所述方法通过调节木质素/乙腈/水混合溶液ph环境，实现木质素纳米粒子的快速形成与快速解离。具体步骤如下：(1)将木质素溶于乙腈/水混合溶液中；(2)加入酸溶液将ph调至酸性，快速混合，得到形貌、粒经均一的木质素纳米粒子；(3)再加碱溶液将ph调至碱性，快速混合，可将木质素纳米粒子完全解离。重复(2)、(3)步骤可多次可逆的实现木质素纳米粒子的快速形成与快速解离。
5.所述乙腈/水混合溶液体积比例为1∶1～5∶1，优选为2∶1。
6.所述木质素在乙腈/水混合溶液中浓度为1.0～10.0g l-1
，优选为5.0g l-1
。
7.所述酸性ph范围为1～7，优选为7、
8.所述碱性ph范围为12～14，优选为12；
9.所述快速混合方式包括摇晃、搅拌、超声；
10.所述多次为不少于20次；
11.所述快速形成与解离时间为体系混合均匀时间；
12.所述的木质素包括有不同原料由不同原料通过不同处理方法得到的硫酸盐木质素、碱木质素、水解木质素、酶解木质素、有机溶剂木质素；不同原料包括各种木本植物、草本植物和维管植物，不同处理方法包括酸、碱、超临界、双水相、离子液体、有机溶剂、酶。
13.所述的酸溶液包括不同浓度的盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、草酸、亚硫酸、柠檬酸、甲酸、乙酸，碱溶液包括不同浓度的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氨水溶液。
14.本发明的优点和特点是：
15.本发明利用木质素在不同ph环境下聚集状态差异，并结合有机溶剂、水表面张力差异，构建ph调节乙腈/水溶液制备体系，实现木质素纳米粒子快速、多次的可逆形成与解离。该方法简单，溶剂原料可回收，易于进行规模化生产。
16.本发明实现了木质素纳米粒子快速“翻新”，为其作为全绿色纳米材料应用奠定了基础。
附图说明
17.图1为首次、第二次及重复20次木质素纳米粒子形成及解离后的扫描电子显微镜表征。结果表明，本发明提供的方法，可以成功实现木质素的形成与解离，且多次重复后木质素纳米粒子形貌几乎无变化。
具体实施方式
18.本发明的发明人通过系统、深入研究，首次利用有机溶剂/水体系结合ph环境调节实现了木质素纳米粒子的可逆制备，包括酸性环境快速形成木质素纳米粒子、碱性环境木质素纳米粒子快速解离，且该过程可以快速、多次重复。
19.为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特采用以下实施例进行详细说明，其目的在于更好理解本发明内容而非限制本发明的保护范围。
20.实施例：ph调节快速可逆制备碱木质素纳米粒子
21.第一次形成木质素纳米粒子：将1.5g碱木质素和300ml乙腈/水(体积比为1∶2)混合溶液加入500ml带盖玻璃瓶中，充分溶解，首次制备无需加酸(体系ph约为7.0)，盖上瓶盖摇匀，即可得到木质素纳米粒子(摇匀过程不超过5秒钟)。
22.第一次解离木质素纳米粒子：继续在上述木质素纳米粒子溶液中加入1.0m naoh溶液5.0ml(体系ph约为12.0)，盖上瓶盖摇匀，即可将木质素纳米粒子解离(摇匀过程不超过5秒钟)。
23.第二次形成木质素纳米粒子：在解离后的溶液中加入，1.0m hcl溶液5.0ml(体系ph约为7.0)，盖上瓶盖摇匀，即可得再次到木质素纳米粒子(摇匀过程不超过5秒钟)。
24.第二次解离木质素纳米粒子：继续在上述木质素纳米粒子溶液中加入1.0m naoh溶液5.0ml(体系ph约为12.0)，盖上瓶盖摇匀，即可再次将木质素纳米粒子解离(摇匀过程不超过5秒钟)。
25.以上步骤可重复至少20次。
技术特征：
1.一种ph调节快速可逆制备木质素纳米粒子的方法，该制备方法包括木质素纳米粒子的形成与解离，其特征在于，具体步骤如下：(1)将木质素溶于乙腈/水混合溶液中；(2)加入酸溶液将ph调至酸性，快速混合，得到形貌、粒经均一的木质素纳米粒子；(3)加入碱溶液将ph调至碱性，快速混合，将木质素纳米粒子完全解离；重复(2)、(3)步骤可多次可逆的实现木质素纳米粒子的快速形成与快速解离；所述乙腈/水混合溶液体积比例为1∶1～5∶1；所述木质素在乙腈/水混合溶液中浓度为1.0～10.0g l-1；所述酸性ph范围为1～7；所述碱性ph范围为12～14；所述快速混合方式包括摇晃、搅拌、超声；所述多次为不少于20次；所述快速形成与快速解离时间为体系混合均匀时间。2.如权利要求1所述的木质素包括由不同原料通过不同处理方法得到的硫酸盐木质素、碱木质素、水解木质素、酶解木质素、有机溶剂木质素；不同原料包括各种木本植物、草本植物和维管植物，不同处理方法包括酸、碱、超临界、双水相、离子液体、有机溶剂、酶。3.如权利要求1所述的酸溶液包括不同浓度的盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、草酸、亚硫酸、柠檬酸、甲酸、乙酸，碱溶液包括不同浓度的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氨水溶液。
技术总结
本发明提供了一种pH调节快速可逆制备木质素纳米粒子的方法，该制备方法包括木质素纳米粒子的形成与解离。通过调节木质素/乙腈/水混合溶液pH环境，实现木质素纳米粒子的快速形成与快速解离。该方法简单、快速且可以多次重复，实现木质素纳米粒子快速再造，易于规模化生产，使木质素纳米粒子成为真正意义上的可再利用的绿色纳米材料。利用的绿色纳米材料。
技术研发人员：戴林 许家云 司传领
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：2021.11.19
技术公布日：2022/2/11