木质素纳米颗粒的制备及其功能化应用研究进展
发布时间：2022-02-20 14:53
木质素是一种天然生物质资源,来源广泛,成本低廉。近年来,利用纳米技术将木质素制备成木质素功能化纳米颗粒极大推动了木质素的利用,同时显著解决了传统材料无法解决的突出问题。详细介绍了木质素功能化纳米颗粒的自组装法、机械法、聚合组装法、冻干炭化法等制备方法及其在催化剂、助剂、吸附剂、紫外防护和抗氧化、抗菌、载体材料、聚集诱导发光材料等领域的应用研究,展望了木质素纳米颗粒的应用前景。指出实现木质素纳米颗粒的可控制备、功能化修饰,将有利于推动木质素功能化纳米颗粒在环保、能源、催化和生物医学等领域的进一步应用。
【文章来源】：生物质化学工程. 2020,54(05)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
木质素纳米颗粒的形成机理[4]
Lintinen等[14]将木质素溶解在THF和乙醇的混合溶剂中,向其中滴加去离子水使木质素自发沉淀组装成纳米颗粒,该方法的特殊之处在于可以实现规模化生产,并且悬浮液中的有机溶剂可以通过旋转蒸发实现回收和再利用。Sipponen等[15]在乙醇/水体系中制备得到具有pH值和表面活性剂响应行为的木质素纳米颗粒(LNP),研究表明:木质素的初始质量浓度和稀释速率(即混合体系中乙醇体积分数的变化速率)对纳米颗粒的粒径分布具有显著影响。随着初始质量浓度升高(1～20 g/L),LNP的粒径线性增加;随着稀释速率降低,LNP的粒径缓慢增加,当稀释速率低于0.15%/min时,粒径急剧增大。Liu等[16]通过顺序有机溶剂裂解法(SOFA)调整木质素的成分沉淀自组装得到直径小、稳定性良好的木质素球形纳米颗粒(LNP),表征结果显示:LNP的半径小于50 nm,聚合物分散性指数(PDI)和Zeta电位分别小于0.08和-50 mV。上述方法降低了木质素中紫丁香基苯丙烷(S)和愈创木基苯丙烷(G)的比例,降低了β-O- 4键的含量,产生黏稠的木质素并增强其疏水性;同时使木质素暴露出更多的酚羟基,通过氢键作用进一步促进了均一且稳定的LNP的形成。利用溶剂交换沉淀自组装制备得到木质素纳米颗粒具有制备过程简便等优点,但是由于涉及有机溶剂的使用,因此会产生污染问题,此外通过该方法得到的木质素纳米颗粒需要进一步干燥,在干燥过程中会伴随产生颗粒团聚的问题。
透析沉淀自组装法与溶剂交换沉淀自组装法类似,首先将木质素溶解在溶剂中,之后通过透析的方式向其中引入木质素的不良溶剂,从而使木质素自组装成纳米颗粒。Lievonen等[17]将来自于制浆造纸过程中的木质素(SW木质素)在未经化学修饰的情况下直接溶解在THF中,之后利用透析的方法向体系内引入水使木质素沉淀并自组装成纳米颗粒,通过改变木质素在THF中的初始浓度调整木质素纳米颗粒的粒径,并在此基础上研究盐浓度和pH值等对木质素纳米颗粒稳定性的影响。结果表明:pH值为4～10、盐浓度最高为500 mmol/L时,木质素纳米颗粒仍然显示出良好的稳定性,较低的盐浓度和较高的pH值会引起木质素表面电荷翻转从而引起木质素的进一步聚集。与溶剂交换沉淀相比,透析沉淀的方法能够得到浓度分布较为稳定的木质素纳米颗粒,但在透析自组装过程中往往需要先对木质素进行化学改性以增强木质素在溶剂中的溶解性能,同时在溶解木质素时也需要用到有机溶剂,因此不可避免会引起环境污染问题;除此之外,透析沉淀自组装制备木质素纳米颗粒时需要严格控制生产工艺来制备形貌规整、尺寸均一的纳米颗粒。
【参考文献】：
期刊论文
[1]木质素微纳米球的制备与应用研究现状[J]. 熊福全,王航,韩雁明,储富祥,吴义强. 林业科学. 2019(08)
[2]木质素基功能材料的制备与应用研究进展[J]. 王欢,杨东杰,钱勇,邱学青. 化工进展. 2019(01)
[3]二氧化硅/木质素多孔碳复合材料的制备及作为锂离子电池负极材料的性能[J]. 李常青,杨东杰,席跃宾,秦延林,邱学青. 高等学校化学学报. 2018(12)
[4]纳米木质素的制备及应用研究现状[J]. 熊福全,韩雁明,王思群,李改云,秦特夫,储富祥. 高分子材料科学与工程. 2016(12)
本文编号：3635279
【文章来源】：生物质化学工程. 2020,54(05)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
木质素纳米颗粒的形成机理[4]
Lintinen等[14]将木质素溶解在THF和乙醇的混合溶剂中,向其中滴加去离子水使木质素自发沉淀组装成纳米颗粒,该方法的特殊之处在于可以实现规模化生产,并且悬浮液中的有机溶剂可以通过旋转蒸发实现回收和再利用。Sipponen等[15]在乙醇/水体系中制备得到具有pH值和表面活性剂响应行为的木质素纳米颗粒(LNP),研究表明:木质素的初始质量浓度和稀释速率(即混合体系中乙醇体积分数的变化速率)对纳米颗粒的粒径分布具有显著影响。随着初始质量浓度升高(1～20 g/L),LNP的粒径线性增加;随着稀释速率降低,LNP的粒径缓慢增加,当稀释速率低于0.15%/min时,粒径急剧增大。Liu等[16]通过顺序有机溶剂裂解法(SOFA)调整木质素的成分沉淀自组装得到直径小、稳定性良好的木质素球形纳米颗粒(LNP),表征结果显示:LNP的半径小于50 nm,聚合物分散性指数(PDI)和Zeta电位分别小于0.08和-50 mV。上述方法降低了木质素中紫丁香基苯丙烷(S)和愈创木基苯丙烷(G)的比例,降低了β-O- 4键的含量,产生黏稠的木质素并增强其疏水性;同时使木质素暴露出更多的酚羟基,通过氢键作用进一步促进了均一且稳定的LNP的形成。利用溶剂交换沉淀自组装制备得到木质素纳米颗粒具有制备过程简便等优点,但是由于涉及有机溶剂的使用,因此会产生污染问题,此外通过该方法得到的木质素纳米颗粒需要进一步干燥,在干燥过程中会伴随产生颗粒团聚的问题。
透析沉淀自组装法与溶剂交换沉淀自组装法类似,首先将木质素溶解在溶剂中,之后通过透析的方式向其中引入木质素的不良溶剂,从而使木质素自组装成纳米颗粒。Lievonen等[17]将来自于制浆造纸过程中的木质素(SW木质素)在未经化学修饰的情况下直接溶解在THF中,之后利用透析的方法向体系内引入水使木质素沉淀并自组装成纳米颗粒,通过改变木质素在THF中的初始浓度调整木质素纳米颗粒的粒径,并在此基础上研究盐浓度和pH值等对木质素纳米颗粒稳定性的影响。结果表明:pH值为4～10、盐浓度最高为500 mmol/L时,木质素纳米颗粒仍然显示出良好的稳定性,较低的盐浓度和较高的pH值会引起木质素表面电荷翻转从而引起木质素的进一步聚集。与溶剂交换沉淀相比,透析沉淀的方法能够得到浓度分布较为稳定的木质素纳米颗粒,但在透析自组装过程中往往需要先对木质素进行化学改性以增强木质素在溶剂中的溶解性能,同时在溶解木质素时也需要用到有机溶剂,因此不可避免会引起环境污染问题;除此之外,透析沉淀自组装制备木质素纳米颗粒时需要严格控制生产工艺来制备形貌规整、尺寸均一的纳米颗粒。
【参考文献】：
期刊论文
[1]木质素微纳米球的制备与应用研究现状[J]. 熊福全,王航,韩雁明,储富祥,吴义强. 林业科学. 2019(08)
[2]木质素基功能材料的制备与应用研究进展[J]. 王欢,杨东杰,钱勇,邱学青. 化工进展. 2019(01)
[3]二氧化硅/木质素多孔碳复合材料的制备及作为锂离子电池负极材料的性能[J]. 李常青,杨东杰,席跃宾,秦延林,邱学青. 高等学校化学学报. 2018(12)
[4]纳米木质素的制备及应用研究现状[J]. 熊福全,韩雁明,王思群,李改云,秦特夫,储富祥. 高分子材料科学与工程. 2016(12)
本文编号：3635279
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