一种从生物质材料中大批量提取植物导管的方法与流程

本发明属于碳素材料制备领域，特别涉及一种大批量提取植物导管的方法。

背景技术：

世界经济的快速发展导致了能源的过渡使用，高速发展的现代工业急剧消耗化石资源，且引发一系列环境问题。传统化石资源不可再生，因此资源和环境问题是当今人类所面临的巨大挑战，可再生的生物质能源的利用成为社会可持续发展的必然选择。而植物导管是一种可再生资源，可以用来制备碳材料。

导管是植物体内木质部中主要输导水分和无机盐的管状结构；由一串高度特化的管状死细胞所组成，其细胞端壁由穿孔相互衔接，其中每一细胞称为一个导管分子或导管节。正是由于植物导管具有这样的结构，我们可以将其提取出来用以制备碳材料。碳材料具有多种有益性能，如低密度、良好的力学性能、吸附性能等。碳材料已经在军事以及民用工业各个领域取得广泛的应用。因此受到各个国家研究员的关注。然而，碳材料产品主要通过石油化工原料制备加工而成，工艺复杂，成本昂贵，并且化石能源日益衰竭。

本发明提出了一种提取植物导管的制备方法，以价格低廉的可再生树叶落叶或废茶叶为原材料，通过调节反应溶液中氢氧化钠、亚硫酸钠浓度，酸溶液中硫酸浓度来控制植物导管的形貌，对提取植物导管的制备方法进行了补充，为生物质废弃物的处理和应用提供新的思路。本发明具有过程简单、易控制、绿色环保、制作成本低等优点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题：如何从生物质材料中提取导管并控制植物导管的形貌。

为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：

一种从生物质材料中大批量提取植物导管的方法，包括以下步骤：

(1)称取一定量氢氧化钠和亚硫酸钠，加入去离子水中充分搅拌至完全溶解得到溶液a；

(2)将生物质材料加入溶液a中后，放在加热炉上恒温加热；

(3)加热后，用去离子水反复清洗，得到产物；

(4)量筒量取一定量浓硫酸溶液，加入去离子水中充分搅拌得到溶液b；

(5)将步骤(3)得到的产物加入溶液b中，进行超声处理，超声结束过后采用去离子水和无水乙醇各洗涤一遍，过滤收集固体即可得到大量生物质导管。

优选地，所述生物质材料为植物叶子。

进一步优选地，所述植物叶子为阔叶树树叶或针叶树树叶。

优选地，所述氢氧化钠、亚硫酸钠、去离子水、生物质材料的质量比为2～50：2～50：100：1～30。

优选地，所述步骤(2)中恒温加热的温度为50～120℃，加热时间为30～300min。

优选地，所述步骤(4)中溶液b中硫酸浓度为15％～50％。

优选地，所述步骤(5)中超声处理时间为0.5～2h。

本发明获得的有益效果：

(1)本发明能够得到高产量的具有中空结构的植物导管；

(2)本发明的制备工艺简单、易于操作、成本低；

(3)本发明可大批量提取植物导管，尺寸均匀，可以作为制备碳材料的原材料。

附图说明

图1为本发明工艺流程图；

图2(a)为本发明实施例1制备的植物导管的使用日立s-4800型场发射扫描电子显微镜(fesem)进行表征的结果1000倍sem图；

图2(b)为本发明实施例1制备的植物导管使用超景深三维显微镜500倍图；

图3(a)为本发明实施例2提取的植物导管的使用日立s-4800型场发射扫描电子显微镜(fesem)进行表征的结果1000倍sem图；

图3(b)为本发明实施例2制备的植物导管使用超景深三维显微镜1000倍图；

图4(a)为本发明实施例3提取的植物导管的使用日立s-4800型场发射扫描电子显微镜(fesem)进行表征的结果500倍sem图；

图4(b)为本发明实施例3制备的植物导管使用超景深三维显微镜500倍图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例1：

本实施例采用植物如茶叶(六安瓜片)为原料，从中提取导管(如图1)。具体制备方法如下：

(1)称取35g茶叶、56g氢氧化钠和56g亚硫酸钠，加入700ml去离子水中充分搅拌至完全溶解得到溶液a；

(2)将茶叶加入溶液a中后，放在加热炉上90℃恒温加热1.5h；

(3)煮完后，用去离子水反复清洗过滤5遍，收集固体得到产物；

(4)量筒量取浓度为98％浓硫酸溶液，加入去离子水中充分搅拌得到硫酸终浓度为30％的溶液b；

(5)将步骤(3)中得到的产物加入300ml溶液b中，进行超声处理0.5h，过滤，弃上清，剩余固体用去离子水洗涤过滤一遍，再用无水乙醇清洗过滤一遍后即可得到大量生物质导管。

本实施例提取的导管的sem图和光学显微镜图如图2所示，图2为本发明使用日立s-4800型场发射扫描电子显微镜(fesem)进行表征的结果1000倍sem图和使用超景深三维显微镜500倍图：从图中可以明显的看到螺旋状结构导管，可见提取的植物导管纯度很高，量较多；

实施例2：

本实施例采用常见植物树叶(含笑树叶)为原料，从中提取导管。制备方法如下：

(1)称取7g含笑树叶、14g氢氧化钠和14g亚硫酸钠，加入700ml去离子水中充分搅拌至完全溶解得到溶液a；

(2)将树叶加入溶液a中后，放在加热炉上50℃恒温加热300min；

(3)煮完后，用去离子水反复清洗过滤5遍，收集固体得到产物；

(4)量筒量取浓度为98％浓硫酸溶液，加入去离子水中充分搅拌得到硫酸终浓度为15％的溶液b；

(5)将步骤(3)中得到的产物加入300ml溶液b中，进行超声处理1.2h，过滤，弃上清，剩余固体用去离子水洗涤过滤一遍，再用无水乙醇清洗过滤一遍后即可得到大量生物质导管。

本实施例提取的导管的sem图和光学显微镜图如图3所示，图3为本发明使用日立s-4800型场发射扫描电子显微镜(fesem)进行表征的结果1000倍sem图和使用超景深三维显微镜500倍图：从图中可以明显的看到螺旋状结构导管，可见提取的植物导管纯度很高，量较多；

实施例3

本实施例采用常见植物松针(马尾松)为原料，从中提取导管。制备方法如下：

(1)称取210g马尾松针、350g氢氧化钠和350g亚硫酸钠，加入700ml去离子水中充分搅拌至完全溶解得到溶液a；

(2)将马尾松针加入溶液a中后，放在加热炉上120℃恒温加热30min；

(3)煮完后，用去离子水反复清洗过滤5遍，收集固体得到产物；

(4)量筒量取浓度为98％浓硫酸溶液，加入去离子水中充分搅拌得到硫酸终浓度为50％的溶液b；

(5)将步骤(3)中得到的产物加入300ml溶液b中，进行超声处理2h，过滤，弃上清，剩余固体用去离子水洗涤过滤一遍，再用无水乙醇清洗过滤一遍后即可得到大量生物质导管。

本实施例提取的导管的sem图和光学显微镜图如图4所示，图4为本发明使用日立s-4800型场发射扫描电子显微镜(fesem)进行表征的结果1000倍sem图和使用超景深三维显微镜500倍图：从图中可以明显的看到螺旋状结构导管，可见提取的植物导管纯度很高，量较多；

显然，本领域的技术人员可以对本发明的植物导管的制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明的权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。