机械力化学法制备纳米纤维素及其改性研究

发布时间：2016-08-10 01:05

  本文关键词：机械力化学法制备纳米纤维素及其改性研究，由笔耕文化传播整理发布。

《福建农林大学》 2013年

机械力化学法制备纳米纤维素及其改性研究

林雯怡  

【摘要】：纳米纤维素的优良性使其在精细化工、医药、材料等领域具有广阔的应用前景。机械力化学是利用机械能来诱发化学变化和物理化学变化，广泛应用于制备超微及纳米晶体、纳米复合材料等。 本文采用人纤浆为原料，以磷酸为助剂，利用机械力化学法制备纳米纤维素。通过单因素试验并利用响应面试验设计方法中的Box-behnken模式设计试验来优化制备纳米纤维素工艺条件并分析不同影响因素之间的交互作用。优化得到的最佳工艺条件为H3PO4浓度81.64%，反应时间159.29min，反应温度51.43℃，超声时间2.23h，得率预测值为92.24%，在此条件下进行验证实验，其纳米纤维素得率为92.05%，与预测值基本吻合。 采用纤维形态分析仪对人纤浆的纤维形态进行观察分析。原料人纤浆的纤维细长，带有少量短纤维。人纤浆的长度主要在0.68~5.31mm之间，宽度主要在15~60μm之间。人纤浆在机械力化学作用下，人纤浆的长度和宽度均明显减小，形成微纤丝，并互相缠绕形成网状结构。纳米纤维素呈棒状，且交织成网状结构，其纤维的长度和宽度分别约为100~300nm和10~40nm。在超声波的作用下，，微纤丝被分散为更细更短的纤维，但网状结构未被破坏。红外分析表明纳米纤维素、胶状物和人纤浆都具有纤维素的基本结构，制备过程中发生的酸水解不会改变纤维素的结构。X射线衍射分析表明制备过程中纤维素的晶型发生变化，结晶度下降。纳米纤维素的热稳定性较人纤浆差。 以尿素、浓H_2SO_4、磷酸/多聚磷酸为催化剂制备改性纳米纤维素，并进行表征。由红外谱图分析表明：以尿素为催化剂时，随着磷酸润胀反应时间的增加，尿素改性纳米纤维素的特征峰位置与人纤浆的特征峰位置基本不变，羟基峰强度逐渐减小。尿素用量过多或过少均不利于纤维素酯的生成。尿素催化反应时间在90min以内均能起到一定的催化效果，但催化反应时间达到120min时，可能导致酯发生水解。以浓H_2SO_4为催化剂，浓H_2SO_4用量为2ml的改性纳米纤维素在1725cm-1附近有C=O吸收峰，表明该纳米纤维素为纳米酯化纤维素。而浓H_2SO_4用量为4ml的改性纳米纤维素在1725cm-1无吸收峰。当浓H_2SO_4用量为6ml时，纤维素因反应过度完全被降解。以磷酸/多聚磷酸为催化剂，当磷酸/多聚磷酸浓度为75%和76%时，制得的改性纳米纤维素为白色胶状的纳米纤维素磷酸酯，当浓度增加到77%时，改性纳米纤维素为无色透明胶状的纤维素磷酸酯。 采用透射电镜对改性纳米纤维素的微观结构进行观察，表明尿素改性纳米纤维素呈棒状，同磷酸为助剂的机械力化学法制得的纳米纤维素一样，交织成网状结构。宽度为20~50nm，由于纤维交错重叠，长度无法判断。浓硫酸催化反应制得的改性纳米纤维素呈球状，且交错呈树枝状。采用X射线衍射(XRD)对改性纳米纤维素的结晶情况进行表征，表明尿素改性纳米纤维素和纤维素磷酸酯的无定形区和结晶区均被破坏，结晶峰的强度明显减小。浓硫酸改性纳米纤维素属于纤维素II型。热重分析表明，改性纳米纤维素的热稳定性均比人纤浆差。

【关键词】：
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ352.1
【目录】：

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1 熊犍,叶君,梁文芷,彭纪南;绿色革命中纤维素科学的战略地位[J];大自然探索;1998年02期

2 蒋玲玲;陈小泉;;纤维素酶解天然棉纤维制备纳米纤维素晶体及其表征[J];化学工程与装备;2008年10期

3 孙燕;侯爱芹;谢孔良;;纤维素纤维网状交联改性及其染色性能[J];纺织学报;2006年02期

4 王能;丁恩勇;程时;;纳米微晶纤维素表面改性研究[J];高分子学报;2006年08期

5 高文元,孙俊才;机械力化学合成CoTiO_3纳米晶的研究[J];功能材料;2004年06期

6 石光;孙林;陈锦龙;孙丰强;;天然纤维素纳米粒子的制备及性质[J];华南师范大学学报(自然科学版);2008年04期

7 吴其胜,李玉华,高树军,张少明;机械力化学法制备金红石型TiO_2纳米晶体[J];南京工业大学学报(自然科学版);2001年06期

8 陈渊;黄祖强;杨家添;朱万仁;莫建华;刘利雁;;机械活化预处理甘蔗渣制备醋酸纤维素的工艺[J];农业工程学报;2010年09期

9 赵汉生;陈小燕;邱佩琼;王东;;张力对竹原纤维碱处理的影响[J];纺织科技进展;2009年01期

10 朱昌来;李峰;尤庆生;陆松华;王庆庆;林琳;张天一;;纳米细菌纤维素的制备及其超微结构镜观察[J];生物医学工程研究;2008年04期

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1 李荣吉;桑皮纳米纤维素晶须的制备及其应用研究[D];浙江理工大学;2010年

2 李帅;纳米纤维素改性透析复合膜的制备及性能研究[D];北京林业大学;2011年

3 李素琼;机械力化学法制备活性炭的研究[D];福建农林大学;2011年

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1 王文俊;邵自强;张凤侠;李永红;王飞俊;;以纳米纤维素晶须悬浮液为原料制备纳米硝化棉[J];火炸药学报;2011年02期

2 陈红;王戈;程海涛;曹双平;高洁;;不同化学离析方法对单根竹纤维表面润湿性能及断面形态的影响[J];北京林业大学学报;2011年01期

3 刘玲玲;钟丽;刘雄;;纤维微细化技术研究进展[J];包装与食品机械;2010年05期

4 石光;吴妙娟;潘珂;向力;陈红雨;;含纳米微晶纤维素的硫酸胶体电解质[J];蓄电池;2011年06期

5 吴其胜,高树军,张少明,杨南如;金红石型TiO_2机械力化学变化XRD研究[J];材料科学与工程;2002年02期

6 徐红梅,陈清,蔡建国,严红革;机械力化学的原理及应用[J];长沙航空职业技术学院学报;2003年02期

7 张秀成;邓长勇;刘文广;李斌;;气—固反应法酯化改性纤维素[J];东北林业大学学报;2010年10期

8 杨建校;章丽萍;左宋林;曹云峰;皮成忠;;TEMPO氧化法制备氧化纤维素纳米纤维[J];东北林业大学学报;2011年03期

9 陈金喜;张若冰;;配位聚合物的绿色化合成[J];东南大学学报(自然科学版);2011年04期

10 陆松华;朱昌来;李峰;尤庆生;张天一;;茶水发酵法制备细菌纤维素及其相关性能研究[J];临床医学;2011年11期

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1 董凤霞;刘文;刘红峰;;纳米纤维素的制备及应用[A];中国造纸学会第十五届学术年会论文集[C];2012年

2 石光;孙林;张力;;纳米微晶纤维素的硅烷偶联剂表面改性研究[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年

3 李宁;鲁安怀;秦善;王河锦;李巧荣;刘娟;;孕育光催化活性的天然含钒金红石矿物学特征[A];第二届全国环境矿物学学术研讨会论文集[C];2004年

4 胥正安;司淼;王玉丰;陆建辉;;CHPTMAC改性棉织物活性染色工艺[A];“闰土”杯第四届中国纺织印染助剂行业学术年会论文集[C];2010年

5 贺珂;潘志东;王燕民;;魔芋葡甘聚糖的机械激活效应[A];第八届全国颗粒制备与处理学术和应用研讨会论文集[C];2007年

6 曹建军;高畅;卢潇冰;张勇;;纳米微晶纤维素的制备及应用研究进展[A];第十四届中国科协年会第10分会场：生物精炼技术研讨会论文集[C];2012年

7 王敏哲;李培;;超支化纤维改性剂对棉织物染色增深作用研究[A];第四届中国（广东）纺织助剂行业年会论文集[C];2012年

8 Philip Thacker;;Effect of Red Pepper (Capsicum frutescens) Powder or Red Pepper Pigment on the Performance and Egg Yolk Color of Laying Hens[A];生态环境与畜牧业可持续发展学术研讨会暨中国畜牧兽医学会2012年学术年会和第七届全国畜牧兽医青年科技工作者学术研讨会会议论文集——T07家畜微生态与健康养殖专题[C];2012年

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1 冯玉红;微生物纤维素及其氧化衍生物的合成与性能研究[D];昆明理工大学;2008年

2 李秀荣;气凝胶型木材的制备及环境学特性分析[D];东北林业大学;2011年

3 司鹏;煤矸石酸法提铝的活化技术研究[D];华东理工大学;2011年

4 潘志东;矿渣水泥和魔芋葡甘聚糖的振动机械力化学效应[D];华南理工大学;2011年

5 张双燕;化学成分对木材细胞壁力学性能影响的研究[D];中国林业科学研究院;2011年

6 刘鹤;纤维素纳米晶体及其复合物的制备与应用研究[D];中国林业科学研究院;2011年

7 刘琳;桑枝皮纤维素纳米晶须的制备及其增强再生蚕丝蛋白纤维的研究[D];浙江理工大学;2011年

8 卢灿辉;聚丙烯-铁-废旧橡胶的碾磨粉碎应力诱导效应及复合材料的研究[D];四川大学;2002年

9 陈鼎;固液反应球磨工艺及其原理研究[D];中南大学;2003年

10 唐爱民;超声波作用下纤维素纤维结构与性质的研究[D];华南理工大学;2000年

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1 李荣吉;桑皮纳米纤维素晶须的制备及其应用研究[D];浙江理工大学;2010年

2 程士润;稻秸秆提取纤维农用非织造地膜的研究[D];安徽农业大学;2010年

3 杜一松;桑蚕丝在离子液体中的溶解和再生性能研究[D];北京服装学院;2010年

4 张勇;纳米纤维素/聚氨酯复合防毡缩剂的制备及其应用技术研究[D];东华大学;2011年

5 伍艺龙;等离子体抛光机理的研究[D];西安工业大学;2011年

6 李帅;纳米纤维素改性透析复合膜的制备及性能研究[D];北京林业大学;2011年

7 李素琼;机械力化学法制备活性炭的研究[D];福建农林大学;2011年

8 周刘佳;纳米纤维素晶须表面丙烯酸接枝改性[D];华南理工大学;2011年

9 孟俊杰;魔芋葡甘聚糖的机械力化学改性研究[D];华南理工大学;2011年

10 张云;麦草纤维低污染制备合成革用微晶纤维素工艺研究[D];陕西科技大学;2011年

【二级参考文献】

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1 钱家盛,周伟斌,章于川;聚合物基纳米复合材料的制备[J];安徽化工;2000年05期

2 杨昆;詹晓北;陈蕴;张丽敏;;响应面法优化产琥珀酸发酵培养基[J];安徽农业科学;2008年16期

3 杜先锋,张娟;低取代度小麦磷酸酯淀粉的制备及性质研究[J];安徽农业大学学报;2005年01期

4 张利波,彭金辉,张世敏,范兴祥,郭胜惠;微波辐射烟杆氯化锌法制造活性炭工艺[J];安全与环境学报;2004年02期

5 邓娟利,胡小玲,管萍,曾盛;有机-无机纳米复合材料的制备及其在膜技术中的应用前景[J];玻璃钢/复合材料;2004年06期

6 王文俊;李胤;门爽;邵自强;;三醋酸纤维素的结构与性能研究[J];材料工程;2007年08期

7 徐红梅,陈清,蔡建国,严红革;机械力化学的原理及应用[J];长沙航空职业技术学院学报;2003年02期

8 姜继森,高濂,郭景坤,杨燮龙;高能球磨法制备纳米晶Zn铁氧体[J];材料研究学报;1999年02期

9 孙利娜;李登新;高国龙;;磷酸活化纺织固体废弃物制备活性炭及表征[J];环境科学与技术;2010年07期

10 司崇殿;郭庆杰;;活性炭活化机理与再生研究进展[J];中国粉体技术;2008年05期

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1 徐长江;引信侧进气涡轮发电机气动优化研究[D];南京理工大学;2007年

2 王玉新;毛竹活性炭的制备及其应用研究[D];天津大学;2007年

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1 穆雪峰;多学科设计优化代理模型技术的研究和应用[D];南京航空航天大学;2004年

2 樊希安;微波辐射农林废弃物制备活性炭新技术研究[D];昆明理工大学;2004年

3 张之亮;桑皮纤维脱胶工艺和结构性能研究[D];东华大学;2005年

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7 杨焕丽;吸附法脱除天然气中C_5~+重烃的研究[D];天津大学;2009年

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9 唐丽荣;纳米纤维素晶体的制备、表征及应用研究[D];福建农林大学;2010年

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7 丰丽霞;李秀艳;;纤维素的活化方法对纤维素在离子液体中溶解性能的影响[J];现代化工;2009年S2期

8 严维博;王志杰;王建;;纤维素功能化研究进展及其前景[J];湖北造纸;2013年03期

9 ;科技简讯[J];生物质化学工程;1983年07期

10 侯永发;王静霞;吴庄;周霁;张惠兰;赵炳英;;合成革用增粘剂(木质纤维素粉)的研制——第二报 水解工艺扩大试验[J];林化科技通讯;1984年01期

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5 林雯怡;机械力化学法制备纳米纤维素及其改性研究[D];福建农林大学;2013年

6 李超孟;[AMIM]Cl的合成及在玉米芯纤维素分离中的应用研究[D];合肥工业大学;2012年

7 李肖建;剑麻纤维素微晶/八氨基POSS有机无机杂化材料的制备及性能研究[D];桂林理工大学;2012年

8 刘川;微流芯片法制备粒径均一的壳聚糖微胶囊和纤维素层析介质[D];浙江大学;2012年

9 邢晟;糖苷酶半定量电泳技术的建立及其在黑曲霉功能蛋白组学中的初步应用[D];山东大学;2009年

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本文编号：90092