摘要
以稻草为原料制备稻草乙醇浆，再采用酸水解-超声法制备稻草乙醇浆纳米纤维素，对稻草乙醇浆纳米纤维素性状进行分析。结果表明，稻草经乙醇-水溶液蒸煮及OPDEP漂白后，漂白浆在硫酸质量分数54%、液比1︰16、60℃下水解60 min以及在硫酸质量分数56%、液比1︰18、60℃下水解60 min，然后经800 W超声处理20 min，分别制得最高得率和最高结晶度的稻草乙醇浆纳米纤维素；经X射线衍射（XRD）分析，发现稻草乙醇浆纳米纤维素是典型的纤维素Ⅰ型结晶结构；扫描电子显微镜（SEM）观察其宽度约为10～30 nm，长度100～500 nm；粒径分析发现其90%以上的粒径基本分布在20～50 nm；热稳定性分析发现，样品的热降解过程为180～240℃、240～320℃、320～480℃三个主要阶段。
稻草属于禾本科原料中纤维较短且较细的一种原料，稻草的纤维长度平均在1 mm左右，宽度仅有8 μm，杂细胞含量较高，杂细胞所占的面积约为总细胞面积的50%，杂细胞主要以零碎的薄壁细胞形式存在，常聚集成群不易分离，是质量比较差的纸浆原料。自催化低沸醇法制浆，蒸煮药液有效成分仅为低沸醇溶液，体系中不加入其他化学品。木素的脱除与体系中的低沸醇浓度、pH值、温度有关。自催化低沸醇法对于阔叶材及禾本科类原料表现出更好的适应
纳米纤维素的制备方法包括酸水解法、物理法、生物法、溶剂法、静电纺丝法和离子液体法
稻草是一种纤维素含量较高的农副产品，一般含量在40%左右。我国长期以来没有对稻草进行很好地利
实验用稻草产自辽宁盘锦。稻草经自然晾干后，去除叶鞘，将所剩的秸秆去除节眼，剪成约2～3 cm左右的稻草小段，进行除杂处理。将稻草段放入自封袋中平衡水分24 h，备用。并对稻草原料进行化学成分分析，结果见
| 水分 | 灰分 | 综纤维素 | 聚戊糖 | Klason木素 | 酸溶木素 | 苯-醇抽出物 | 1%NaOH抽出物 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7.8 | 13.9 | 63.5 | 21.8 | 7.9 | 3.2 | 4.9 | 47.4 |
从
以稻草为原料，经乙醇-水溶液蒸煮后得到本色浆，再对本色浆进行OPDEP四段漂白，制得漂白浆。本色浆及漂白浆的性能对比见
| 纸浆 | 得率/%* | 白度/% | 卡伯值 | 黏度/ mL∙ | 结晶度/% | α-纤维素含量/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 本色浆 | 51.2 | 27.3 | 34.7 | 588.6 | 71.4 | |
| 漂白浆 | 43.5 | 85.5 | 1.7 | 532.6 | 71.3 | 80.2 |
注 *得率均相对于原料。
从
采用酸水解-超声法制备稻草乙醇浆纳米纤维素。称取相当于3 g绝干的稻草乙醇浆，撕成小细块，在70℃条件下进行干燥。将稻草乙醇浆在硫酸质量分数52%~56%、液比1︰(14~18)、60℃下水解50~70 min条件下进行9组实验。
具体制备过程为：将稻草乙醇浆在实验条件下置于60℃恒温水浴锅中搅拌和反应，达到规定时间后，倒入10倍硫酸溶液体积的蒸馏水终止反应。将溶液倒入离心管中，在4000 r/min的条件下离心处理10 min，倒出上清液，重复数次直至出现悬浮液，取之后的离心液3次，共计500 mL装入透析袋中，用去离子水透析72 h，期间每8 h置换1次去离子水。透析完成后用超声波设备对溶液超声处理20 min，制得稻草乙醇浆纳米纤维素悬浮液，采用固含量法测定制备得率。将纳米纤维素悬浮液进行冷冻干燥处理，制得稻草乙醇浆纳米纤维素粉末。
XRD分析可以直观地看出样品的结晶状况及纤维素的结晶类型。本实验使用XRD-6100 LabX型X射线衍射仪在管电压40 kV、管电流30 mA、扫描速度6°/min、2θ为5°～40°条件下对样品进行测定。并依据文献[
从实验的9组样品中，选出得率最高的N号样和结晶度最高的M号样两个代表样品进行对比分析。N号样：得率38.1%，结晶度72.95%；制备条件为：硫酸质量分数54%、液比1︰16、水解时间60 min。M号样：得率25.6%，结晶度83.37%；制备条件为：硫酸质量分数56%、液比1︰18、水解时间60 min。
图1 稻草乙醇浆纳米纤维素的SEM图
N号样和M号样的粒径分析结果如
图2 稻草乙醇浆纳米纤维素的粒径分布图
N号样和M号样的XRD图见
图3 稻草乙醇浆纳米纤维素的XRD图
N号样和M号样的热重曲线和降解速率曲线如
图4 稻草乙醇浆纳米纤维素热重曲线和降解速率曲线
以稻草为原料制备稻草乙醇浆，再采用酸水解-超声法制备稻草乙醇浆纳米纤维素，并对稻草乙醇浆纳米纤维素进行性状分析。
3.1 采用酸水解-超声法制备稻草乙醇浆纳米纤维素，得率最大的工艺条件为：硫酸质量分数54%，液比1︰16，水解时间60 min，此条件下得率可达38.1%；结晶度最高的工艺条件为：硫酸质量分数56%，液比1︰18，水解时间60 min，此条件下结晶度可达83.37%。
3.2 制得的稻草乙醇浆纳米纤维素其宽度约为10～50 nm，长度为100～500 nm，总体呈现均匀的纳米纤维化。粒径分析发现，90%以上的纤维素粒径分布在20～50 nm。酸水解后的纳米纤维素为典型纤维素I型结晶结构。热降解过程为180～240℃、240～320℃、320～480℃三个主要阶段，且结晶度高的样品热稳定性更好。
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