摘 要

纤维素是含量十分丰富的生物聚合物。在许多生物体，包括细菌、被囊动物和植物都曾发现过，可以利用其出色的机械性，热性和光学性质。纤维素纳米晶作为在各种植物复合材料的关键结构构件，特别是树木，以及来自植物原材料，包括亚麻，大麻和棉花。他们的高结晶度，分子通过氢键和非键相互作用范德华力，和刚性链结构产生的机械性能媲美那些芳纶。除了在植物中有机械和结构的作用，纤维素也是被囊动物，藻类，细菌的一个组成部分，它是保护性的凝胶的一个组件，它能阻挡紫外线并作为其他生物体屏障。 除了这些自然系统，人为工程材料，包括绳索、纸和木材的住房来源于植物中的纤维素，它已经成为为全球造纸纺织和林产品行业的重要原料。本论文以洗净的花生壳为原料，采用NaOH碱处理、NaClO₂漂白处理和酸水解的方法制备花生壳纤维素纳米晶，通过红外光谱、扫描电镜等对花生壳纤维素纳米晶结构与形貌进行表征的分析和研究。经过本论文的研究，花生壳纤维素纳米晶提取的最佳工艺为：盐酸浓度为3 mol/L、水解时间为45 min，水解温度为50 C，最后测得花生壳纤维素纳米晶产率是47%。

具体而言，经过对洁净花生壳用NaOH碱的处理和NaClO₂的漂白处理，会去除大部分花生壳中含有的木质素与半纤维素，花生壳中纤维素的含量在预处理中随着反应时间的增加而增加，到达一定时间后纤维素的含量将保持不变，同时花生壳中纤维素含量在预处理阶段随着温度的增加而增加，其中在NaOH碱处理阶段，温度在100 C之后纤维素含量反而有下降的趋势，而在NaClO₂的漂白处理阶段，温度在80 C之后纤维素含量也有下降趋势。因此，可以得出预处理阶段的碱处理温度在100 C为最佳温度，漂白温度在80 C为最佳温度。

关键词：花生壳；纤维素；纤维素纳米晶；结构与形貌

Abstract

Cellulose is the most abundant biopolymer. In many organisms, including bacteria, tunicates and plants have been found, you can take advantage of its excellent mechanical, thermal and optical properties. Cellulose nanocrystals as a key structural component of composite materials of various plants, especially trees, as well as linen, hemp and cotton from plant raw materials, including. Their high degree of crystallinity, In addition to mechanical and structural role in plants, cellulose is tunicates, algae, an integral part of the bacteria, which is a component of protective gel that can block ultraviolet rays and other organisms as a barrier. In addition to these natural systems, human engineering materials, including ropes, paper and wood houses from plant cellulose, it has become an important raw material for the global textile and paper and forest products industry. In this paper, wash the peanut shells as raw material, NaOH alkali treatment, NaClO₂ bleaching treatment and methods of making peanut shells acid hydrolysis of cellulose nanocrystals by infrared spectroscopy, scanning electron microscopy of peanut shell structure and morphology of cellulose nanocrystals characterization analysis and research. After the study of this paper, the optimum extraction of peanut shells cellulose nanocrystals as: hydrochloric acid concentration of 3 mol / L, hydrolysis time 45 min, hydrolysis temperature of 50 C, last measured peanut shell nanocrystals of cellulose production rate is 47%.

Specifically, after the peanut shells on the clean base with NaOH treatment and bleaching NaClO₂, and removes most of the lignin and hemicellulose contained peanut shells, peanut shells pretreatment of cellulose content in the reaction with increased time and increased cellulose content will remain unchanged after reaching a certain time, while the cellulose content increases with increasing temperature in the pretreatment stage peanut shell, which in NaOH alkaline treatment stage, the temperature at 100 degrees after cellulose content but there is a downward trend, while in the NaClO₂ bleaching processing stage, the temperature at 80 degrees Celsius after the cellulose content is also on a downward trend. Accordingly, the temperature of the alkali treatment can be obtained at the pretreatment stage is 100 degrees the optimum temperature, the temperature at 80 degrees for the bleaching optimum temperature.

Key words: peanut shells; cellulose; cellulose nanocrystals; structure and morphology.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第 1 章 绪论 1

1.1花生壳的概述 1

1.1.1花生壳的基本性质 1

1.1.2花生壳的研究现状 1

1.1.3花生壳的前景与应用 1

1.2纤维素概述 2

1.3纳米纤维素概述 3

1.4纳米纤维素的制备方法 5

1.4.1化学法制备纳米纤维素 6

1.4. 2生物法制备纳米纤维素 6

1.4. 3物理法制备纳米纤维素 7

第2章 实验部分 8

2.1主要试验材料、仪器与设备 8

2.1.1实验材料 8

2.1.2主要试验仪器与设备 8

2.2实验方法 9

2.2.1花生壳的清洗和粉碎 9

2.2.2花生壳粉末的碱处理 9

2.2.3花生壳纤维素的漂白 9

2.2.4花生壳纤维素的水解 10

2.2.5单因素试验 10

2.3测试表征 12

2.3.1花生壳纤维素纳米晶的产率 12

2.3.2透射电镜(TEM)分析 12

2.3.3花生壳纳米纤维素粒径分析 12

2.3.4红外光谱(FTIR)成分分析 13

第3章 结论及后续实验思考 14

3.1结果与讨论 14

3.1.1形貌分析（TEM） 14

3.1.2 尺寸分析 16

3.1.3结构分析（红外光谱） 16

3.1.4 X-射线衍射分析 17

3.1.5结晶度分析 18

3.2制备纤维素纳米晶实验的讨论 18

3.3结论及后续实验思考 19

参考文献 20

第 1 章 绪论

1.1花生壳的概述

1.1.1花生壳的基本性质

花生壳作为日常食品花生的果壳。绝大多数花生壳的颜色是黄白色相间，当然，不同产地花生壳的颜色也会有不同。其它的也有像灰色、灰褐色等颜色，花生壳的颜色也与花生的品种产地相关。花生壳在人们日常生活中一般当作食品垃圾扔掉，或是当作炉火做饭的燃料，只有少部分会用来提取所需的原料，利用率十分差。研究得知花生壳中的成分含量由纤维素、半纤维素、木质素和一些糖类物质来构成。花生壳中的其他物质含量也十分丰富，其中粗蛋白含量约为3.7～6.4%，淀粉含量约为0.8%^[1]；同时矿物质的含量也十分丰富，其中磷的含量约为0.06%、钾的含量约为0.56%、钙的含量约为0.22%、镁的含量约为0.07%。花生壳含有的纤维素、多糖等经过实验的提取后可以获取化工生产所需要的原料。综上所述，对废弃花生壳的开发和利用有十分好的前景。

1.1.2花生壳的研究现状

现在，我们对一些废弃的的花生壳进行处理深加工，从中提取其所含的一些纤维素，来提取一些所需要的原料，还可以通过化学或者发酵处理，培养一些食用菌，这些都有助于提高对花生壳的综合利用率，增加花生壳的附加值。如今，关于研究花生壳中的纤维素的各种应用正处于发展阶段，关于花生壳的研究应用，主要是对花生壳中的组分如一些糖类等有用原料的提取，进行加工步骤后，从而获得所需要的产品。

1.1.3花生壳的前景与应用

花生是日常生活中常见的农作物，几乎所有国家都有种植。各国花生的生产总量逐年递增，使得花生壳的获得大量关注，关于花生壳的利用也越来越被重视。在我国，花生利用率比较低，重视花生果仁而忽略花生的皮、壳等副产品的利用在对花生的加工过程中一直存在。除少量的花生壳作为工艺材料以外，大量的花生壳被丢掉或者被当作炉火燃料，没有对花生壳进行有效的利用，白白浪费了这些可利用原料。根据数据得知，在我国，花生壳每年总量达到700多万吨，这一数字每年都在上升，这些规模数量如此巨大的的花生壳该如何进行利用，是摆在我国面前的一道难题^[2]。我们已经知道，花生壳含有丰富的木质素、纤维素以及微量元素磷、钾、钙等，如果我们对这些花生壳进行提取加工，应用到适当的领域，那么将会为我们产生大量的财富。

根据现在已掌握的信息，花生壳粉碎后，再混合碳酸钙、石膏、磷肥做成的培养基能够培养多种食用菌，如香菇、草菇和木耳，计算下来发现，平均每100公斤的花生壳可以产平菇将近200斤^[3]。花生壳粉碎后，放入浓度为50%的氯化钙溶液中，然后浸泡10小时以上，然后经过碳化、漂洗、脱水、烘干、粉碎、过筛等操作后，能制成质量非常高的活性碳。