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

背景技術：

納米纖維素以其高強度、低密度、生物相容性、可再生性等特點，在高性能復合納米材料中顯示出巨大的應用前景。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，且相對于納米微晶纖維素的制備工藝，對設備的腐蝕性小，被廣泛應用。但機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，纖維原料的預處理成為解決該問題重要手段之一。常用的預處理方法有化學法、機械法和酶法，酶法預處理因?qū)Ｒ恍詮?，條件溫和，對環(huán)境危害較少，成為較為綠色環(huán)保的預處理工藝之一。

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

技術實現(xiàn)要素：

高結晶度植物纖維微觀結構致密，采用機械法直接均質(zhì)制備納米纖絲纖維素，能耗較高，且纖維不易分絲。本發(fā)明提供了一種高結晶度植物纖維制備微納纖絲的預處理方法，該方法包括高結晶度植物纖維酶預處理和纖維素酶回用，具體通過纖維素酶溫和預處理高結晶度植物纖維，疏松植物纖維微觀結構，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構的糖苷鍵，切斷纖維素大分子鏈，使預處理后纖維結構更為疏松，利于機械均質(zhì)過程纖維分絲至微納纖絲。預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晶度微納纖絲的制造成本。本發(fā)明通過酶預處理有效疏松高結晶度植物纖維的微觀結構，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支持。。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)。

一種高結晶度植物纖維制備微納纖絲的預處理方法，包括以下步驟：

（1）將高結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，進行酶預處理反應；

（3）反應結束后，固液分離，將所得到的植物纖維殘渣采用高壓微射流納米均質(zhì)機機械均質(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處理中。

優(yōu)選的，步驟（1）所述高結晶度植物纖維指結晶度大于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）所述酶預處理反應的溫度為45-65℃，時間為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晶區(qū)結構，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)回用于高結晶度植物纖維的預處理中1~3次。

優(yōu)選的，預處理后植物纖維殘渣的得率大于90.0 %，聚合度降低了10.0 %-60.0 %。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點與技術效果：

1、本發(fā)明將通過纖維素酶溫和預處理高結晶度植物纖維，疏松植物纖維微觀結構，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，有效保證預處理后植物纖維得率。

具體實施方式

以下通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

在 5.0 g 結晶度為 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（酶用量相對于每克藻類纖維），45℃攪拌反應48 h。反應結束后，纖維殘渣的得率為 96.8 %，聚合度降低了40 %。分離植物纖維殘渣和酶解液，將所得到的植物纖維殘渣采用高壓微射流納米均質(zhì)機機械均質(zhì)制備微納纖絲，將含有活性纖維素酶的酶解液繼續(xù)回用于高結晶度藻類纖維的預處理，預處理條件與該實施例前述的一致。采用回用1次的纖維素酶預處理高結晶度藻類纖維，預處理后纖維殘渣的得率為 98.2 %，聚合度降低了10 %。

實施例2

在3.0 g 結晶度為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（酶用量相對于每克麻類纖維），65℃攪拌反應24 h，反應結束后，纖維殘渣的得率為 97.5 %，聚合度降低了55.6 %。分離植物纖維殘渣和酶解液，將所得到的植物纖維殘渣采用高壓微射流納米均質(zhì)機機械均質(zhì)制備微納纖絲，將含有活性纖維素酶的酶解液繼續(xù)回用于高結晶度麻類纖維的預處理，預處理條件與該實施例前述的一致。采用回用3次纖維素酶預處理高結晶度麻類纖維，預處理后纖維殘渣的得率為99.0 %，聚合度降低了10.0 %。

實施例3

在4.5 g結晶度為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（酶用量相對于每克藻類纖維），55℃攪拌反應32 h，反應結束后，纖維殘渣的得率為 95.0 %，聚合度降低了50.0 %。分離植物纖維殘渣和酶解液，將所得到的植物纖維殘渣采用高壓微射流納米均質(zhì)機機械均質(zhì)制備微納纖絲，將含有活性纖維素酶的酶解液繼續(xù)回用于高結晶度藻類纖維的預處理，預處理條件與該實施例前述的一致。采用回用2的纖維素酶預處理高結晶度藻類纖維，預處理后纖維殘渣的得率為97.8 %，聚合度降低了15.0 %。

實施例4

在5.0g結晶度為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（酶用量相對于每克麻類纖維），50℃攪拌反應36 h，反應結束后，纖維殘渣的得率為 90.0 %，聚合度降低了60.0 %。分離植物纖維殘渣和酶解液，將所得到的植物纖維殘渣采用高壓微射流納米均質(zhì)機機械均質(zhì)制備微納纖絲，將含有活性纖維素酶的酶解液繼續(xù)回用于高結晶度麻類纖維的預處理，預處理條件與該實施例前述的一致。采用回用1次的纖維素酶預處理高結晶度麻類纖維，預處理后纖維殘渣的得率為90.0 %，聚合度降低了60.0 %。

實施例5

在4.5 g結晶度為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（酶用量相對于每克藻類纖維），45℃攪拌反應24 h，反應結束后，植物纖維殘渣的得率為 98.5 %，聚合度降低了10 %。分離植物纖維殘渣和酶解液，將所得到的植物纖維殘渣采用高壓微射流納米均質(zhì)機機械均質(zhì)制備微納纖絲，將含有活性纖維素酶的酶解液繼續(xù)回用于高結晶度藻類纖維的預處理，預處理條件與該實施例前述的一致。采用回用1次的纖維素酶預處理高結晶度藻類纖維，預處理后纖維殘渣的得率為98.5 %，聚合度降低了10.0 %。

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