本发明涉及纳米纤维素的制备，特别是指一种耦合蒸汽爆破预处理制备含木质素纤维素纳米纤丝的方法。
背景技术：
1、农作物秸秆和林业枝丫材作为农业和林业生产过程中的副产品，其利用率低，没有得到合理的开发。因此对农作物秸秆和林业枝丫材合理利用对于促进生态平衡、提高资源利用效率以及推动循环经济具有显著意义。
2、农作物秸秆一般就是焚烧，但焚烧带来的环境污染。现在有研究通过还田可以增加土壤有机质，改善土壤结构；也可以作为饲料或发酵生产生物燃料，秸秆的能源化利用为农村地区提供了新的能源解决方案。林业枝丫材同样具有多种用途，从传统的木材加工到现代的生物质能源生产，都是对这些资源的有效利用。然而，这些利用方式在实施过程中面临着技术、经济和政策等多方面的挑战，利用率偏低。
3、纤维素纳米纤丝(cnf)在构建先进材料中有广泛的用途，近年来得到研究者的高度重视。制备纳米纤维素的方法主要有：使用高压均质机，使原料在高压环境下通过微小的高压均质腔。这一过程中压力骤然变化，物料受到剪切、挤压、扩张的作用，在纤维细胞的s2层出现原纤化，达到减小物料粒径，增大比表面积的目的。也有使用超声方法，通过高频的振动，在能量场的辅助下制备纳米纤维素，这些都是物理方法。使用化学方法制备纳米纤维素的例如tempo氧化法，选择性氧化纤维后疏解获得纳米纤维素。使用生物法多是制造细菌纤维素，其本质是微生物生产代谢的不可溶性多糖类物质。
4、在制备纳米纤维素前没有去处木质素的纳米纤维素称之为含木质素的纤维素纳米纤丝(lignin containing cellulose nanofibril，lcnf)。近年的研究表明，lcnf表现出部分优异于cnf的性能，例如姚露使用不同木质素含量的lcnf制备的纳米纸，其抗拉强度、杨氏模量都大幅优于cnf制备的纳米纸，证明适量的木质素有利于应力在材料中的传导，提高其力学性能。此外，木质素可以为cnf带来紫外屏蔽、抗菌、抗水的性能，xiao等利用这一原理，制备具有紫外屏蔽与更高热稳定性的薄膜，并且木质素如同粘合剂一般为薄膜提供了更优异的力学性能和更高水接触角。
5、lcnf的制备方法与cnf一样，虽然其脱除木质素的比例较低。但如果一点都不脱除木质素的化，将导致后期的均质或者超声等机械操作或者能耗太高。本专利利用耦合蒸汽爆破预处理技术来对纤维细胞壁进行破坏，不需要使用大量的化学品来脱除木质素屏障，该技术用到的化学品就是水蒸气和空气，然后与高压均质相结合，因而该方法高效且环保。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提供了一种蒸汽爆破预处理制备含木质素纤维素纳米纤丝的方法，该方法通过耦合蒸汽爆破预处理结合高压均质，有效提高了制备效率，降低能耗，并且能够获得具有优异性能的lcnf。
2、一种蒸汽爆破预处理制备含木质素纤维素纳米纤丝的方法，包括以下步骤：
3、s1预浸：将原料切成1-5cm的小段，浸泡在naoh或水溶液中，用碱量为0～8％，预浸时间2～24h，溶液必须确保刚好淹没过原料表面，预浸后备用，优选地，原料为农作物秸秆、林业的枝丫材等废弃物；
4、s2蒸汽爆破预处理：将s1中浸泡后的烟秆碎片放入蒸汽爆破储料罐中，设定压力和保压时间，开启泄压程序，释放压力时间0.005～3.0s，得到蒸汽爆破后的物料a1；所述s2中蒸汽爆破为耦合式蒸汽爆破，设定蒸汽压力0.4-0.8mpa，然后用空气加压到总压力为1.0-1.8mpa，保压时间为2-15min；
5、优选地，所述的蒸汽爆破技术为瞬时弹射式蒸汽爆破技术(icse)，释放压力时间小于0.01s。
6、s3洗浆：对a1进行洗涤，除去杂质，并调整物料a1浓度到0.5％wt，得到物料a2；
7、s4高压均质：使用高压均质机处理物料a2，高压均质的压力为700bar，直至物料a2纤维混悬液出现胶质感，通过测量混悬液粘度控制原纤化程度，得到lcnf物料a3；本步骤可以根据粘度计测量结果调整均质次数，最低可以减少到5次均质就达到质量合格的lcnf产品；
8、s5浓缩：使用真空旋转蒸发仪浓缩物料a3，得到目标浓度的产品。
9、有益效果
10、与现有技术相比，本发明的方法具有以下优点：本发明通过蒸汽爆破预处理有效减少了高压均质的次数，节约了能源消耗。作物秸秆直接进行均质不可能实现，对于采用0.8mpa饱和蒸汽爆破预处理的需要均质20次才能制备出符合要求的lcnf，而采用耦合蒸汽爆破处理的用相同的蒸汽，均质次数可以降低到5次，降低了75％的制备lcnf的能耗；即使采用0.6mpa的蒸汽也可以降低到6次均质即可，充分证明耦合蒸汽预处理的节能效果。
11、本发明通过耦合蒸汽预处理，提高了纤维的原纤化程度，制备出的lcnf具有更小的粒径和更大的比表面积。
12、本发明制备出的lcnf具有优异的力学性能和热稳定性，以及良好的紫外屏蔽和抗菌性能。
13、本发明本发明所用的化学品很少，即使预浸也可以不使用碱液也完全可以，污染甚至没有污染，环保、经济、高效。
1.一种蒸汽爆破预处理制备含木质素纤维素纳米纤丝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种蒸汽爆破预处理制备含木质素纤维素纳米纤丝的方法，其特征在于，所述s1中原料为农作物秸秆、林业的枝丫材等废弃物。
3.根据权利要求1所述的一种蒸汽爆破预处理制备含木质素纤维素纳米纤丝的方法，其特征在于，所述s1预浸的最佳条件用碱量为8％，预浸时间2～24h，溶液确保刚好淹没过原料表面。
4.根据权利要求1所述的一种蒸汽爆破预处理制备含木质素纤维素纳米纤丝的方法，其特征在于，所述s2中蒸汽爆破为耦合式蒸汽爆破，设定蒸汽压力0.4-0.8mpa，然后用空气加压到总压力为1.0-1.8mpa，保压时间为2-15min。
5.根据权利要求1所述的一种蒸汽爆破预处理制备含木质素纤维素纳米纤丝的方法，其特征在于，所述蒸汽爆破为瞬时弹射式蒸汽爆破技术(icse)，释放压力时间小于0.01s。
6.根据权利要求1所述的一种蒸汽爆破预处理制备含木质素纤维素纳米纤丝的方法，其特征在于，高压均质的压力为700bar，并且根据粘度计测量结果调整均质次数。
