木质纤维素表面润湿性调节及油水分离中的应用
发布时间：2021-12-02 00:52
木质纤维素以其独特的优势及其化学性质获得了科研工作者的广泛关注。本文以纸浆木质纤维素为原料,采用表面化学改性方法制备具有不同润湿特性的木质纤维素,探讨木质纤维素表面发生的化学反应机制,表面微观结构的形成过程、表面化学组成及其润湿性的变化规律。将所得的改性木质纤维素用于油水分离,评价了改性木质纤维素对不同类型油脂的吸收性能,以及对不同类型油水混合物的分离效率。本论文的研究为木质纤维素表面润湿性调节以及绿色改性方法提供理论支持和高值化利用技术。每年全球各地溢油事件频发,极大地危害着生态和环境安全,而超润湿材料常用于处理这些环境危机。木质纤维素以其优良的可再生性以及功能可调控性,被广泛应用于各个领域,然而,在油水分离应用领域却鲜有研究。本文致力于木质纤维素表面化学研究,通过绿色化学反应调节其表面的润湿性并将其应用于油水分离领域,主要研究内容如下四个方面:（1）探究在乙醇溶剂中硅烷偶联剂通过水解反应对木质纤维素表面进行超疏水改性的化学反应机理,探究硅烷偶联剂超疏水木质纤维素表面形貌及其化学组成的变化对纤维表面润湿性的作用规律,研究硅烷偶联剂超疏水木质纤维素在不同相对湿度下的吸湿情况,构建了浮油...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
木质纤维及其衍生物在各个领域中的广泛应用Fig.1-1Lignocellulosefiberanditsderivativesusedinvariousfields
第一章绪论3铜乙二胺溶液法和低温氢氧化钠尿素法[34,35]。纤维素由糖苷键联接，由于分子间氢键相连纤维素通常显现为刚性。氢键被破坏后分子键可自由旋转则展现为柔性。图1-2纤维素大分子链糖苷键的连接方式Fig.1-2Connectionmodeofglycosidicbondsofcellulosemacromolecularchains图1-3纤维素大分子链内部氢键相互作用示意图.Fig.1-3Schematicrepresentationofhydrogenbondinginteractionsbetweenandwithincellulosemacromolecularchains.纤维素大分子链主要分为结晶区和非结晶区。如图1-3所示[36]，每个葡萄糖环上都含有3个羟基，由于氧原子的电负性远远大于氢原子，所以羟基官能团的极性较强，偶极矩较大，可以对相邻氢原子形成相互吸引，从而形成分子内或分子间氢键。理论上讲，纤维素的分子链的排列取向规律性越好，内部氢键的作用力就越大，晶格缺陷就越少，分子间的氢键作用力就越大(这是因为氢键的作用力大小在纳米级别)，趋向于形成可及性较低的结晶结构；而分子链的排列取向规律性越差，晶格缺陷越多，形成的分子间和分子内的氢键作用力就越少，因此纤维素的结晶度就越低，可及性相对高，在纤维素中形成一部分非结晶区。这两部分结构在发生化学反应时速率存在差异，比如酸对非结晶区的水解速率远远大于对结晶区的水解速率，这是由于非结晶区暴露的糖苷键数量更
的热点技术，3D打印技术的原理是通过逐层堆砌打印的方式制备出各种形状和材质的目标商品，这种先进的制造技术已经被广泛应用。然而，对热塑性材料的过度依赖使所制备的材料难以降解，不符绿色可持续理念，因此开发新型可降解的3D打印技术是目前的研究热点。南京林业大学王志国副教授团队[41]通过文献调研，介绍以木质纤维和聚乳酸为主要原料，通过3D打印技术制备不同类型的目标产品，材料对环境友好，对加工设备要求低，并且热力学性能和力学性能也具有良好的效果，但是木质纤维和聚乳酸的界面相容性还值得深入研究。图1-4产品展示[42]：纤维素基材3D打印的各种模型物Fig.1-4Variousmodelsprintedoncellulosesubstrate生物质纤维素气凝胶基材也是目前的研究热点之一，气凝胶因为其特殊的三维结构，使其具有高比表面积、轻质、高孔隙率以及优异的保温性能。这些气凝胶被广泛的用于吸附金属离子、吸附染料、油水分离、导电材料、隔热材料、电磁屏蔽等领域[43-48]，
【参考文献】：
期刊论文
[1]降低水泥基灌浆料用水量敏感性的试验研究[J]. 钱中秋,吴开胜,张传顺. 新型建筑材料. 2020(02)
[2]纤维素直接转化为乙酰丙酸的反应过程研究进展[J]. 张恒,杨鸿燕,鲁俊良,梁辰. 中国造纸学报. 2019(04)
[3]木质纤维/PVC复合材料的蠕变和热稳定性[J]. 邵笑,何春霞,姜彩昀. 材料科学与工程学报. 2019(06)
[4]纤维素基超润湿材料在油/水分离应用中的研究进展[J]. 任金瓶,陶芙蓉,崔月芝,刘利彬. 应用化学. 2019(12)
[5]纤维素及其衍生物在皮革中的应用[J]. 丁海燕,侯瑞婷,李运,张贝贝,刘坤,王全杰. 中国皮革. 2019(12)
[6]氨基化纤维素的制备及对丝绸印染废水的净化处理[J]. 陈冬芝,龚文丽,杨晓刚,张勇. 丝绸. 2020(01)
[7]新型建筑节能墙体保温材料力学和热工性能研究[J]. 夏蕊芳,程国庆. 功能材料. 2019(09)
[8]2018年我国功能性硅烷发展现状及趋势[J]. 王盛柳. 精细与专用化学品. 2019(05)
[9]用于溢油吸附的生物质基气凝胶研究进展[J]. 宫玉辉,李萌,田雪峰,朱志超,吴佳兴,谭凤芝,李沅. 辽宁化工. 2019(03)
[10]木质纤维-聚乳酸复合3D打印材料的研究进展[J]. 陆颖昭,王志国. 中国造纸学报. 2019(01)
博士论文
[1]生物质基多孔材料与其在超级电容器中的应用研究[D]. 徐曼曼.华南理工大学 2017
[2]光活性天然聚合物的体系设计与功能化研究[D]. 王斌.华南理工大学 2014
[3]异氰酸酯室温下与醇、水反应及较高温度下与纤维素反应的研究[D]. 高振华.东北林业大学 2003
硕士论文
[1]异硫氰酸酯参与的含氮杂环化合物合成反应研究[D]. 窦谦.青岛科技大学 2017
[2]造纸混合污泥生产有机肥[D]. 陈姝.齐鲁工业大学 2016
[3]纤维素在铜氨溶液和铜乙二胺溶液中的溶解及再生[D]. 张须友.青岛大学 2012
本文编号：3527393
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
木质纤维及其衍生物在各个领域中的广泛应用Fig.1-1Lignocellulosefiberanditsderivativesusedinvariousfields
第一章绪论3铜乙二胺溶液法和低温氢氧化钠尿素法[34,35]。纤维素由糖苷键联接，由于分子间氢键相连纤维素通常显现为刚性。氢键被破坏后分子键可自由旋转则展现为柔性。图1-2纤维素大分子链糖苷键的连接方式Fig.1-2Connectionmodeofglycosidicbondsofcellulosemacromolecularchains图1-3纤维素大分子链内部氢键相互作用示意图.Fig.1-3Schematicrepresentationofhydrogenbondinginteractionsbetweenandwithincellulosemacromolecularchains.纤维素大分子链主要分为结晶区和非结晶区。如图1-3所示[36]，每个葡萄糖环上都含有3个羟基，由于氧原子的电负性远远大于氢原子，所以羟基官能团的极性较强，偶极矩较大，可以对相邻氢原子形成相互吸引，从而形成分子内或分子间氢键。理论上讲，纤维素的分子链的排列取向规律性越好，内部氢键的作用力就越大，晶格缺陷就越少，分子间的氢键作用力就越大(这是因为氢键的作用力大小在纳米级别)，趋向于形成可及性较低的结晶结构；而分子链的排列取向规律性越差，晶格缺陷越多，形成的分子间和分子内的氢键作用力就越少，因此纤维素的结晶度就越低，可及性相对高，在纤维素中形成一部分非结晶区。这两部分结构在发生化学反应时速率存在差异，比如酸对非结晶区的水解速率远远大于对结晶区的水解速率，这是由于非结晶区暴露的糖苷键数量更
的热点技术，3D打印技术的原理是通过逐层堆砌打印的方式制备出各种形状和材质的目标商品，这种先进的制造技术已经被广泛应用。然而，对热塑性材料的过度依赖使所制备的材料难以降解，不符绿色可持续理念，因此开发新型可降解的3D打印技术是目前的研究热点。南京林业大学王志国副教授团队[41]通过文献调研，介绍以木质纤维和聚乳酸为主要原料，通过3D打印技术制备不同类型的目标产品，材料对环境友好，对加工设备要求低，并且热力学性能和力学性能也具有良好的效果，但是木质纤维和聚乳酸的界面相容性还值得深入研究。图1-4产品展示[42]：纤维素基材3D打印的各种模型物Fig.1-4Variousmodelsprintedoncellulosesubstrate生物质纤维素气凝胶基材也是目前的研究热点之一，气凝胶因为其特殊的三维结构，使其具有高比表面积、轻质、高孔隙率以及优异的保温性能。这些气凝胶被广泛的用于吸附金属离子、吸附染料、油水分离、导电材料、隔热材料、电磁屏蔽等领域[43-48]，
【参考文献】：
期刊论文
[1]降低水泥基灌浆料用水量敏感性的试验研究[J]. 钱中秋,吴开胜,张传顺. 新型建筑材料. 2020(02)
[2]纤维素直接转化为乙酰丙酸的反应过程研究进展[J]. 张恒,杨鸿燕,鲁俊良,梁辰. 中国造纸学报. 2019(04)
[3]木质纤维/PVC复合材料的蠕变和热稳定性[J]. 邵笑,何春霞,姜彩昀. 材料科学与工程学报. 2019(06)
[4]纤维素基超润湿材料在油/水分离应用中的研究进展[J]. 任金瓶,陶芙蓉,崔月芝,刘利彬. 应用化学. 2019(12)
[5]纤维素及其衍生物在皮革中的应用[J]. 丁海燕,侯瑞婷,李运,张贝贝,刘坤,王全杰. 中国皮革. 2019(12)
[6]氨基化纤维素的制备及对丝绸印染废水的净化处理[J]. 陈冬芝,龚文丽,杨晓刚,张勇. 丝绸. 2020(01)
[7]新型建筑节能墙体保温材料力学和热工性能研究[J]. 夏蕊芳,程国庆. 功能材料. 2019(09)
[8]2018年我国功能性硅烷发展现状及趋势[J]. 王盛柳. 精细与专用化学品. 2019(05)
[9]用于溢油吸附的生物质基气凝胶研究进展[J]. 宫玉辉,李萌,田雪峰,朱志超,吴佳兴,谭凤芝,李沅. 辽宁化工. 2019(03)
[10]木质纤维-聚乳酸复合3D打印材料的研究进展[J]. 陆颖昭,王志国. 中国造纸学报. 2019(01)
博士论文
[1]生物质基多孔材料与其在超级电容器中的应用研究[D]. 徐曼曼.华南理工大学 2017
[2]光活性天然聚合物的体系设计与功能化研究[D]. 王斌.华南理工大学 2014
[3]异氰酸酯室温下与醇、水反应及较高温度下与纤维素反应的研究[D]. 高振华.东北林业大学 2003
硕士论文
[1]异硫氰酸酯参与的含氮杂环化合物合成反应研究[D]. 窦谦.青岛科技大学 2017
[2]造纸混合污泥生产有机肥[D]. 陈姝.齐鲁工业大学 2016
[3]纤维素在铜氨溶液和铜乙二胺溶液中的溶解及再生[D]. 张须友.青岛大学 2012
本文编号：3527393
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