纤维素酶制备纳米纤维素及其在制浆造纸中的应用

发布时间：2017-05-21 12:22

  本文关键词：纤维素酶制备纳米纤维素及其在制浆造纸中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,资源与环境问题越来越受到人们的关注。开发利用可再生资源以替代煤、石油等化石资源成为必然的趋势。天然纤维是自然界中分布最广的可再生的生物高分子物质。由其制备得到的纳米纤维素是一种绿色、环境友好的纳米材料,具有一些独特的性能,如：较高的杨氏模量和结晶度、密度低,可生物降解,表面具有的活性基团有利于对其进行表面改性等,这些特性使其具有广泛的应用价值。纳米纤维素的制备方法有机械法、化学法、生物法等,其中机械法不需要大量的化学品,但是制备过程能耗较高。化学法虽然简单易行,但是对环境污染较大。酶解法制备纳米纤维素工艺条件温和,专一性强,且所用的试剂酶与纤维素均为可再生资源,因此是一种绿色环保的方法。本论文采用纤维素酶水解KP浆及废纸浆制备纳米纤维素(NC),并对其性能进行了表征,探讨了水解液浓缩发酵乙醇的可能性。将制备得到的纳米纤维素应用于纸浆中,研究其对纸浆性能的改善作用。本研究首先采用酸性纤维素酶和Fiber Care D(中性酶)两种酶水解KP浆及办公废纸浆制备NC,探讨了酶用量、反应时间、底物浓度对NC产率、结晶度、Zeta电位以及水解液中还原糖含量及成分的影响。研究结果表明,通过纤维素酶水解可以获得稳定的纳米纤维素悬浮液。随着酶用量的增加,产物的得率降低,水解液中还原糖含量提高,木质纤维素无定形区被逐渐降解。在相同条件下,酸性纤维素酶比Fiber Care D酶酶解效率高,水解液中还原糖含量高,但产物得率低。利用AFM对两种酶制备的NC外观形貌进行观察,发现酸性纤维素酶获得的NC悬浮液分散性能优于Fiber Care D酶,但粒径较大,长径比略低。与硫酸水解获得的NC相比,酶水解产物具有较大的长径比。FT-IR分析表明酶解后产物的分子结构与原料基本一致,但热稳定性略有下降。利用离子色谱分析纤维素酶水解液,发现其主要成分为葡萄糖和木糖,其中大多数为葡萄糖。将酸性纤维素酶水解KP浆的水解液浓缩至总糖的含量为57.02 g/L,发酵72 h后水解液中的糖含量仅有4.16g/L,根据糖初始浓度和发酵后的浓度可得出发酵效率为92.7%。随后,将NC单独使用或与CPAM、CS组成微粒助留体系添加到未漂废新闻纸浆中,研究其对浆料的留着率及滤水性能的改善作用,及其对高岭土的絮聚效果。研究结果表明,单独使用NC可以提高浆料的留着率,但对滤水性能是不利的。由NC与CPAM或CS组成的微粒助留体系不仅可以提高浆料的留着率,并且对浆料的滤水性能有所改善。CPAM/NC体系对浆料的留着率最大(88.98%),与对照样相比,提高了约7.0%,滤水速度也略有提高。与单独使用CPAM相比,CPAM/NC体系对高岭土具有显著的絮聚效果,所得絮聚体的更均匀、密实。最后,研究了NC及CPAM/NC、CS/NC双元体系对纸张物理性能的影响。结果表明,由酸性纤维素酶制备得到的NC对纸张的增强效果较好。对于NC单元体系,在NC用量为0.8%时增强效果较好,裂断长、撕裂指数及耐破指数分别为2.425 km、6.053 mN·m2/g,2.549 KPa·m2/g,提高了19.93%、6.18%、16.99%。但透气度和松厚度有所降低。CPAM/NC、CS/NC双元体系对纸张的裂断长、撕裂指数的增强效果优于NC单元体系,但透气度和松厚度也有所降低。
【关键词】：纤维素酶 纳米纤维素 助留助滤 絮聚 物理性能
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O636.11;TS72
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 纤维素的结构和形态11-12
• 1.2 纳米纤维素性能及制备方法12-22
• 1.2.1 纳米纤维素的性能12-13
• 1.2.2 纤维素纳米纤丝的制备13-18
• 1.2.3 纳米微晶纤维素的制备18-22
• 1.3 纳米纤维素的应用22-24
• 1.3.1 改善纳米复合材料的力学性能22
• 1.3.2 纳米微晶纤维素在制浆造纸中的应用22-24
• 1.4 选题目的、意义及主要研究内容24-27
• 1.4.1 选题目的和意义24-25
• 1.4.2 主要研究内容25-27
• 第2章 酶法制备纳米纤维素及其表征27-51
• 2.1 实验部分27-34
• 2.1.1. 实验原料及试剂27-28
• 2.1.2 仪器及设备28-29
• 2.1.3 纤维素酶分析29-31
• 2.1.3.1 葡萄糖标准曲线的绘制29
• 2.1.3.2 纤维素酶总酶活测定29-30
• 2.1.3.3 纤维素酶内切酶酶活的测定30
• 2.1.3.4 纤维素酶外切酶酶活的测定30
• 2.1.3.5 纤维素酶β-葡萄糖苷酶活力的测定30-31
• 2.1.3.6 酶活的测定结果31
• 2.1.4 实验方法31-34
• 2.1.4.1 酶法制备纳米纤维素(NC)31
• 2.1.4.2 NC得率的计算31-32
• 2.1.4.3 还原糖含量的测定32
• 2.1.4.4 Zeta电位的测定32
• 2.1.4.5 XRD分析32-33
• 2.1.4.6 AFM观察33
• 2.1.4.7 红外分析33
• 2.1.4.8 热重分析33
• 2.1.4.9 离子色谱分析33-34
• 2.2 结果与讨论34-49
• 2.2.1 纤维素酶用量、反应时间、浆浓等对酶解KP浆产物性能的影响34-44
• 2.2.2 纤维素酶水解办公废纸浆所得NC的性能44-46
• 2.2.3 NC性能比较46-49
• 2.3 小结49-51
• 第3章 纳米纤维素的助留助滤作用51-65
• 3.1 实验部分51-54
• 3.1.1 实验原料及药品51-52
• 3.1.2 实验仪器及设备52
• 3.1.3 实验方法52-54
• 3.1.3.1 浆料助留与助滤实验52-53
• 3.1.3.2 高岭土絮聚实验53-54
• 3.1.3.3 絮凝率的测定54
• 3.1.3.4 上清液浊度的测定54
• 3.1.3.5 高岭土絮聚效果的观察54
• 3.2 结果与讨论54-62
• 3.2.1 不同纤维素酶酶解所得NC对浆料留着率和滤水速度的影响54-55
• 3.2.2 NC用量对浆料留着率和滤水速度的影响55-56
• 3.2.3 CS/NC微粒体系对浆料留着率和滤水速度的影响56
• 3.2.4 CPAM/NC双元体系对浆料留着率和滤水速度的影响56-57
• 3.2.5 纳米纤维素对高岭土的絮聚作用57-62
• 3.2.5.1 不同纤维素酶酶解得到的NC对絮聚的影响57-59
• 3.2.5.2 NC用量对高岭土絮聚的影响59-61
• 3.2.5.3 转速对高岭土絮聚的影响61-62
• 3.3 小结62-65
• 第4章 纳米纤维素对纸张物理性能的改善65-75
• 4.1 实验部分65-66
• 4.1.1 实验原料及药品65
• 4.1.2 实验仪器及设备65-66
• 4.1.3 实验方法66
• 4.1.3.1 纸业抄造和物理强度的检验66
• 4.2 结果与讨论66-73
• 4.2.1 不同纤维素酶酶解得到的NC对纸张物理性能的影响66-69
• 4.2.2 NC用量对纸张物理性能的影响69-70
• 4.2.3 CPAM/NC双元体系对纸张物理性能的影响70-72
• 4.2.4 CS/NC双元体系对纸张物理性能的影响72-73
• 4.3 小结73-75
• 第5章 全文总结75-77
• 5.1 论文内容的总结75-76
• 5.2 本论文创新之处76
• 5.3 对进一步工作的建议76-77
• 参考文献77-87
• 致谢87-89
• 在校期间主要科研成果89

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈文帅;于海鹏;刘一星;蒋乃翔;陈鹏;;木质纤维素纳米纤丝制备及形态特征分析[J];高分子学报;2010年11期

2 唐焕威;张力平;李帅;赵广杰;秦竹;孙素琴;;聚醚砜/微纳纤维素复合膜材料的光谱表征与性能研究[J];光谱学与光谱分析;2010年03期

3 卿彦;Zhiyong Cai;Ronald Sabo;吴义强;李贤军;;纤维素纳米纤丝增强聚合物纳米复合材料的研究进展[J];高分子材料科学与工程;2013年03期

4 韦春;曾思华;黄绍军;刘红霞;吕建;余柏传;;剑麻纤维素微晶增强酚醛树脂复合材料的制备及性能[J];复合材料学报;2013年S1期

5 王雅茹;张伟;卢灿辉;;DMAc/LiCl预处理对超声剥离竹浆纤维素纳米纤维的影响[J];高分子材料科学与工程;2014年02期

6 叶代勇;杨洁;;纳米纤维素晶须双重接枝共聚物对Cu~(2+)的吸附[J];功能材料;2014年06期

7 唐爱民;赵姗;宋建康;;基于纳米纤维素的三维组织工程支架多孔结构的调控与表征[J];材料研究学报;2014年10期

8 陈庆蔚;;瑞典和芬兰生物质精炼的最新研究成果(Ⅲ)[J];中华纸业;2015年18期

9 李伟;王锐;刘守新;;纳米纤维素的制备[J];化学进展;2010年10期

10 程庆正;王思群;;天然木质微/纳纤丝增强纳米复合材料的研究现状[J];林产工业;2007年03期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 王培培;王峗;邹琛;徐雁;;柔性半导体气凝胶的定向构筑:微纳多级结构的调控与性能研究[A];第十三届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 戴达松;大麻纳米纤维素的制备、表征及应用研究[D];福建农林大学;2011年

2 刘艳萍;酶处理对麦秸纤维及其制板特性的影响机理研究[D];南京林业大学;2010年

3 陈世良;酞菁功能化纤维素纳米纤维的制备及其染料废水脱色性能研究[D];浙江大学;2012年

4 张秀梅;木质纳米纤维素可视化建模与分子动力学研究[D];东北林业大学;2013年

5 王汉坤;竹基纳米纤维素的制备、表征及应用[D];中国林业科学研究院;2013年

6 李伟;纳米纤维素超声辅助法制备及性能研究[D];东北林业大学;2012年

7 陈文帅;生物质纳米纤维素及其自聚集气凝胶的制备与结构性能研究[D];东北林业大学;2013年

8 胡伟立;细菌纤维素表面修饰及功能化[D];东华大学;2013年

9 赵群;纳米微晶纤维素的制备、改性及其增强复合材料性能的研究[D];东华大学;2014年

10 卢芸;基于生物质微纳结构组装的气凝胶类功能材料研究[D];东北林业大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张艳森;人工角膜用细菌纤维素复合材料的制备及性能研究[D];天津大学;2008年

2 唐焕威;纳米纤维素/聚醚砚复合膜材料制备及成膜机理研究[D];北京林业大学;2010年

3 薛莹莹;纤维素纳米纤丝/丙烯酸树脂复合材料的研究[D];南京林业大学;2012年

4 陈振东;纤维素纳米纤维/聚甲基丙烯酸甲酯的制备与性能研究[D];南京林业大学;2012年

5 孙光伟;纳米纤维素/聚乙烯醇复合凝胶制备及性能研究[D];南京林业大学;2012年

6 李雪婷;纳米纤维/聚氨酯复合材料的研究[D];南京林业大学;2012年

7 李明珠;纳米纤维素/聚乳酸复合材料的制备与研究[D];南京林业大学;2012年

8 薛彬;微纳米纤维素的制备及在纸张涂布中的应用[D];华南理工大学;2012年

9 郭幸;竹纤维纳米微晶纤维素的制备及其应用研究[D];浙江理工大学;2013年

10 柴博华;改性甘蔗渣吸附剂的制备及其对糖液脱色作用的研究[D];华南理工大学;2013年

  本文关键词：纤维素酶制备纳米纤维素及其在制浆造纸中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：383655