烟杆纳米纤维素及自组装纳米纸的制备和性能研究

发布时间：2020-04-02 03:40

【摘要】：农业废弃物的资源化利用可以同时解决环境污染问题和资源紧缺问题,具有重要的环境与经济效益。从农业废弃物等分离出的纳米纤维素是一种可再生的纳米材料,具有十分优越的性能和广泛的应用前景。本研究以烟杆为材料,采用亚硫酸铵预处理和甲酸预水解提取不同木质素含量烟杆纤维素样品,再将烟杆纤维素样品分散在N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中后,结合高压均质制备含木质素的纳米纤维素,并通过抽滤和真空干燥法以纳米纤维素制备烟杆自组装纤维素纳米纸。本文探究了残余木质素对纳米纤维素及纤维素纳米纸性能的影响。在此制备流程中,亚硫酸铵预处理所产生的废液可以用于生产木质素基氮肥,甲酸和DMAC可回收重复利用,因此整个制备过程绿色、可持续。研究发现,木质素会阻碍纳米纤维素的分丝化,含木质素的纳米纤维素直径较粗。木质素在纤维素纳米纸中起到了“粘合剂”的作用,大大加强了纤维素纳米纸的机械性能(抗拉强度、韧性等)。当残余木质素含量从0%提升至3.4%时,所制备纤维素纳米纸的抗拉强度和韧性分别从179 MPa和12.8 MJ?m~(-3)提升至255MPa和19.7 MJ?m~(-3);其湿强度也得到了大幅增强,当残余木质素含量从0%提升至13.7%时,所制备纤维素纳米纸的湿强度从18 MPa提升至84 MPa,克服了纤维素纳米纸湿强度低的缺点。另外,残余的木质素还能增强纤维素纳米纸的热稳定性。随着纤维素纳米纸中木质素含量的增加,其紫外线屏蔽率也大幅提升。当残余木质素含量达到5.8%时,紫外线A和紫外线B的屏蔽率可达93%和99.9%以上。另一方面,纤维素纳米纸的雾度也随着木质素含量增加而提高,当纤维素纳米纸不含木质素时,其雾度为76.3%,而当木质素含量为13.7%时,雾度可以达到95%。此外,当木质素含量从0%上升至13.7%时,纤维素纳米纸的水接触角从61.2o提高至90.1o。而且所制备的纤维素纳米纸的耐水性也很好,它们在水中浸泡100天后仍然可以保持原有形状。本研究中所制备的纤维素纳米纸柔性好,机械性能好,阻隔性能好,耐水性好,还具有紫外线屏蔽功能。综上所述,本文以农业木质纤维废弃物烟杆作为材料,以环境友好、可续持的方法制备了含木质素的纳米纤维素和纤维素纳米纸,将烟秆变废为宝,为农业废弃物的高附加值利用提供了一种新的思路。
【图文】：

层级结构,纤维素,有机碳库,化性

图 1-1 天然木质纤维的层级结构Fig. 1-1 Hierarchical structure of plant fiber维素的植物每年约产生 1000 亿吨的纤维素，这使得这种天然高分的有机碳库。纤维素在 1893 年由 Anselme Payen 首次发现并引构及理化性质经过一个多世纪的研究已经十分成熟。如图 1-2

示意图,分子内,木质素,网状

图 1-3 分子内和分子间氢键网状示意图Fig.1-3 Intra- and inter-molecular hydrogen-bonding network.1.2 木质素全球的植物每年约产生 600 亿吨木质素[11]，这使得木质素成为全世界存量大的天然有机物。木质素由 Anselme Payen 发现，，但其结构十分复杂难以确认前认为木质素是一种异构芳香烃聚合物[12]。如图 1-4 所示其基本结构为苯丙
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;X71

【参考文献】