基于有机碱—水溶剂体系的生物质纳米纤维素可控制备与机理解析

发布时间：2021-09-04 07:06

　　作为纳米纤维素的一种重要类型,纤维素纳米晶体具有独特的纳米晶体结构和优异的物理力学性能,在精细化工、生物医药、先进材料等领域具有广阔的应用前景。但其制备过程中得率低、粒径分布不均且不可控、污染环境、能耗高等诸多问题阻碍了其工业化规模发展。针对纤维素纳米晶体的制备过程中存在的问题,本文利用四丁基氢氧化磷（TBPH）水溶液在温和条件下部分溶胀溶解不同生物质原料（40-60℃,1h）,将其再生后,利用超短时超声分散制备纳米纤维素晶体,通过调控TBPH浓度、处理温度等制备条件实现纤维素纳米晶体的高得率制备以及其尺寸分布与晶型结构的有效调控,并解析其制备机理。主要研究内容及结果如下:1.以微晶纤维素和纸浆为原料,研究了温度、TBPH浓度等处理条件对于纤维素纳米晶体得率及形貌结构的影响,以此探索基于该体系的纤维素纳米晶体的可控制备;研究了制备过程中分离出的纤维素剩余物与微晶纤维素的酶解性差异;分析了利用TBPH体系制备纤维素纳米晶体的机理。结果表明,最优条件下纤维素纳米晶体的得率可达72.2%。所得纤维素纳米晶体均为短棒状,但其粒径随着TBPH浓度的增加而逐渐降低。纤维素纳米晶体的结晶结构随着TB... 

【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－３纤维素大分子的聚集状态（Ｌ为结晶体的长度，主链通过一个以上的结晶体）［１１］??

１．２．?２．１纤维素中的氢键??纤维素链中存在大量的羟基，导致纤维素分子间与分子内形成大量的氢键，纤维素??链中氢键结构ｍ如图１－２所示。强有力的氢键网络使得纤维素具有良好的物理化学稳定??性。由于纤维素中存在强氢键网络使其产生结晶现象，即纤维素像其他结晶性高分子一??样存在结晶区和非晶区，也称纤维素的聚集态结构［１＜）］。在结晶区纤维素链排列整齐有序，??纤维素分子链间结合紧密，结合力强，故结晶区对纤维素的理化性能（如热稳定性、力??学性能等）贡献大。在无定型区中，纤维素分子链排列杂乱，纤维素分子链间氢键强度??较弱，分子结合力小，故在非结晶区纤维素物理化学稳定性较差。而纤维素的结晶区与??无定形区之间没有明显的界限，其界限是逐渐过渡的，这一过渡区又称为次结晶区。由??于纤维素分子很长，所以一个纤维素分子可以贯穿几个结晶区、无定形区，见图１－３［１｜］。??纤维素结晶区与无定形区以一定的比例共存于纤维素原料中

人造纤维素ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ和纤维素Ｘ。这五种结晶变体各有不同的晶胞结构，并可??以通过Ｘ射线衍射、红外光谱、Ｒａｍａｎ光谱等方法加以辨认。Ｎｉｓｈｉｎｏ１１２１等研究了不同??结晶结构的纤维素，得到ＸＲＤ图谱如图１－４。??＾７＼＾??ｔ????－■＾ｙｖＡ???一??１０?２０?３０??２?６?（?ｄｅｇ．）??图１－４不同结晶结构的纤维素的ＸＲＤ图谱１１２１??Ｆｉｇ．?１－４?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ１?ｌ：ｌ??１．２．?２．?３纤维素晶体转变??纤维素Ｉ有两种次级晶型丨ａ与丨ｐ。纤维素Ｉａ为三斜晶胞，单位晶胞内含有一条??分子链；纤维素Ｉｐ为单斜晶胞，单位晶胞内含有两条纤维素分子链，？不同纤维素来源??两种次级晶型比例不同［Ｕ］。纤维素Ｉ通过溶解再生或者丝光化处理后得到常见的纤维素??ＩＩ型结晶结构。纤维素１丨中分子链是反平行排列，纤维素１丨中每个葡萄糖基增加的氢键??使得纤维素ＩＩ比纤维素Ｉ具有更高的热稳定性［１４１。纤维素的结晶变体之间可以用化学方??法或热处理来相互转变［１５］。图卜５为纤维素Ｉ结构经人工处理后得到其它晶型变体的转??变过程。??３??

【参考文献】：
期刊论文
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[5]纤维素酶制备纳米纤维素晶体的研究[J]. 蒋玲玲,陈小泉,李宗任.  化学与生物工程. 2008(12)
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[7]新型有机纤维素溶剂——NMMO的研究[J]. 吴翠玲,李新平,秦胜利,王建勇.  兰州理工大学学报. 2005(02)

博士论文
[1]NMMO法纤维素膜及其成形机理的研究[D]. 张耀鹏.东华大学 2002

硕士论文
[1]纤维素的消晶化研究[D]. 徐诚.南京林业大学 2012



本文编号：3382814