油茶果壳纤维素纳米晶的制备

油茶是一种常绿乔木，广泛分布于亚洲尤其是中国的丘陵地区，以其油茶籽而闻名，被列为四大木本油料之一。然而，油茶加工过程中会产生大量油茶果壳等副产物，部分果壳被直接丢弃或焚烧。毫无疑问，随意处置会对环境安全造成潜在威胁。油茶果壳中富含木质素、半纤维素和纤维素，从油茶果壳中提取纤维素以及纤维素纳米晶(CNC)，这一方法不仅提升了农业废弃物的附加值，还为可持续发展和环境保护贡献了一种创新的解决方案。 纤维素是地球上最丰富的生物质之一，具有可再生性、可降解性和生物相容性等优良特性。CNC就是将纤维素通过物理、化学或生物的方法制得的至少有一维空间尺寸小于或等于 100nm的纳米级材料，除了保持天然纤维素的特性外，CNC还表现出优异的机械性能、热稳定性和高比表面积，广泛应用于复合材料、生物医药和电子器件等领域。本研究提出了一种生产成本低，制备效率高，且能够获得均一性和稳定性较好的油茶果壳纤维素纳米晶的方法。该方法以废弃的油茶果壳为原料，通过亚氯酸钠预处理去除木质素并进行漂白，再用硫酸水解得到CNC，最终制备得到直径在50纳米到2微米、长度在 1 微米到15微米不等的纳米纤维。本实验研究主要包括两个步骤:预处理和制备CNC.预处理过程包括利用石油醚去除油茶果壳中的油脂，利用果胶在酸性条件下容易溶出的特点，滴加盐酸使体系的pH保持在1.5～2.0.接着利用亚氯酸钠去除木质素，并进行多次漂白，半纤维素则使用氢氧化钠进行去除。最后，采用硫酸对油茶果壳纤维素进行酸解处理，水解纤维素非结晶区域、保留纤维素高度结晶的区域，从而获取高度结晶的CNC.通过控制硫酸浓度、反应温度和反应时间等参数，可实现对CNC的可控制备。经过离心、透析和超声得到均匀的水解纤维素悬浮液，通过冷冻干燥成功制得油茶果壳纤维素纳米纤维。该制备工艺不仅实现了油茶果壳的高值化利用，也为纤维素纳米晶的制备提供了一种简便、经济的途径。由农业加工废弃物提取并制备纳米纤维素，可以有效地应对石化资源短缺等挑战，符合国家推动的绿色环保和可持续发展的核心理念，尤其在当前实施双碳目标的背景下，具备了重要的实际意义。