竹材纤维素气凝胶的形成机理及性能研究

发布时间：2017-08-13 02:16

  本文关键词：竹材纤维素气凝胶的形成机理及性能研究

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【摘要】：纤维素是具有生物可降解性和再生性的生物质资源之一。竹材的纤维素含量在40~60%,其具有生长快、生产周期短等特点,因此具有广泛用途,又有利于环境保护和实施可持续经营的特点而深具发展潜力。本文以竹材为原料,通过化学处理结合高频超声处理的方法制备出了大长径比的竹材纳米纤维素(BCNF)。采用置换方法浓缩BCNF悬浮液,与聚乙烯醇(PVA)进行复合,冷冻干燥后制得BCNF/PVA复合气凝胶。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、综合热分析、压缩试验、接触角、BET比表面积等表征手段对不同处理阶段竹材纤维素的变化和BCNF/PVA复合气凝胶进行表征。本论文主要研究工作如下:1、系统研究制备过程各个阶段纤维素的形态结构、直径分布、结晶度、官能团以及热稳定性能变化的情况。研究表明,各阶段处理以后,竹粉中的木质素、胶质及大部分半纤维素被除去,由原来的黄色变成白色的纯化纤维素,再使用超声细胞破碎仪,借助空化作用产生的机械力达到开纤的目的,制备出平均直径为15.02nm,且高长径比的BCNF。2、利用BCNF悬浮液,经过水-乙醇-叔丁醇置换浓缩后,加入一定质量的PVA后溶解并冷冻,最终冷冻干燥后成功制备出BCNF/PVA复合气凝胶。使用三甲基氯硅烷(TMCS)对其改性,赋予其疏水亲油性能,疏水角为136°。3、将浓缩后的BCNF悬浮液进行冷冻干燥,制得BCNF泡沫。添加不同质量的BCNF泡沫到PVA溶液中,冷冻干燥得到不同密度的BCNF/PVA复合气凝胶,并对其进行一系列表征,得到最优的BCNF添加量,最优添加量为15%。
【关键词】：竹材纳米纤维素 高频超声 聚乙烯醇 复合气凝胶
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ427.26;O636.11
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1. 绪论10-26
• 1.1 竹材概述10-13
• 1.1.1 竹材的分布及结构特性10-11
• 1.1.2 竹材的化学组成11-12
• 1.1.3 竹材纤维素的提取工艺12-13
• 1.2 纳米纤维素13-20
• 1.2.1 纳米纤维素的形貌特征13-15
• 1.2.2 纳米纤维素的制备方法15-20
• 1.2.2.1 化学法制备纳米纤维素16-17
• 1.2.2.2 生物法制备纳米纤维素17-18
• 1.2.2.3 机械法制备纳米纤维素18-20
• 1.2.3 纳米纤维素的应用20
• 1.3 气凝胶的概述20-24
• 1.3.1 无机气凝胶21
• 1.3.2 有机气凝胶21
• 1.3.3 无机有机复合气凝胶21-22
• 1.3.4 纤维素气凝胶22-24
• 1.3.4.1 天然纤维素气凝胶22-23
• 1.3.4.2 天然纤维素气凝胶23
• 1.3.4.3 纤维素衍生物气凝胶23-24
• 1.4 选题思路及研究内容24-26
• 2. 竹材纳米纤维素的制备与表征26-40
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-29
• 2.2.1 实验原料26
• 2.2.2 实验试剂26-27
• 2.2.3 实验设备27-29
• 2.3 表征检测方法29-30
• 2.3.1 XRD分析29
• 2.3.2 SEM分析29
• 2.3.3 TEM分析29
• 2.3.4 FTIR分析29
• 2.3.5 热重分析29
• 2.3.6 纤维素结晶度计算29-30
• 2.4 竹材纳米纤维素的制备30-32
• 2.5 结果与讨论32-38
• 2.5.1 竹材纤维素的形貌32-33
• 2.5.2 RBPs，DRBPs，Ho-CFs，PCFs，BCNF的结晶度33-34
• 2.5.3 RBPs，DRBPs，Ho-CFs，PCFs，BCNF的FT-IR34-36
• 2.5.4 RBPs，DRBPs，Ho-CFs，PCFs，，BCNF的热重36-38
• 2.5.5 BCNF气凝胶的制备38
• 2.6 本章小结38-40
• 3. 竹材纳米纤维素/聚乙烯醇复合气凝胶的制备与表征40-50
• 3.1 引言40
• 3.2 实验部分40-41
• 3.2.1 实验原料40
• 3.2.2 实验试剂40-41
• 3.2.3 实验设备41
• 3.3 表征检测方法41-42
• 3.3.1 SEM分析41
• 3.3.2 FTIR分析41
• 3.3.3 热重分析41
• 3.3.4 接触角分析41-42
• 3.3.5 气凝胶密度的计算42
• 3.4 BCNF/PVA复合气凝胶的制备与改性42-43
• 3.4.1 BCNF/PVA复合气凝胶的制备42-43
• 3.4.2 BCNF/PVA复合气凝胶的疏水改性43
• 3.5 结果与讨论43-49
• 3.5.1 改性前后BCNF/PVA复合气凝胶的形态43-44
• 3.5.2 改性前后BCNF/PVA复合气凝胶的EDS能谱图44-45
• 3.5.3 改性前后BCNF/PVA复合气凝胶的FTIR45-46
• 3.5.4 改性前后BCNF/PVA复合气凝胶的热稳定性46-47
• 3.5.5 改性前后BCNF/PVA复合气凝胶的润湿性47-48
• 3.5.6 改性前后BCNF/PVA复合气凝胶的吸附性能48-49
• 3.6 本章小结49-50
• 4. 不同竹材纳米纤维素添加量对复合气凝胶性能的影响50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 实验部分50
• 4.2.1 实验原料50
• 4.2.2 实验试剂50
• 4.3 表征检测方法50-51
• 4.3.1 XRD分析50-51
• 4.3.2 SEM分析51
• 4.3.3 FTIR分析51
• 4.3.4 热重分析51
• 4.3.5 BET比表面积分析51
• 4.3.6 物理力学性能分析51
• 4.4 分析计算方法51-52
• 4.4.1 气凝胶密度的计算51-52
• 4.4.2 气凝胶孔隙率计算52
• 4.5 BCNF/PVA复合气凝胶的制备52
• 4.6 结果与讨论52-59
• 4.6.1 BCNF/PVA复合气凝胶的FTIR52-53
• 4.6.2 BCNF/PVA复合气凝胶的XRD53-54
• 4.6.3 BCNF/PVA复合气凝胶的物理力学性能54-57
• 4.6.3.1 BCNF/PVA复合气凝胶的BET比表面积54-55
• 4.6.3.2 BCNF/PVA复合气凝胶的力学性能55-57
• 4.6.4 BCNF/PVA复合气凝胶的形貌57-58
• 4.6.5 BCNF/PVA复合气凝胶的热性能58-59
• 4.7 本章小结59-60
• 5. 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-69
• 个人简介69-72
• 致谢72

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本文编号：664854