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          酸解均質制備納米纖維素

          發布日期:2023-11-30   瀏覽次數:147次

          1.jpg 可再生資源

          隨著社會與人類文明的不斷進步,煤炭、石油等不可再生資源不斷被消耗,地球環境壓力也日益增加,可持續發展也上升到國家戰略層面??稍偕Y源,特別是綠色生物能源的利用將是未來研發應用的重要方向。世界能源資源危機使可再生資源的開發與利用成為一個熱點,大量陸生植物和水生植物及其廢棄物是目前國內外特別是發達國家可再生資源領域研究和開發的趨勢,必將成為未來非再生資源的補充和取代物。



          1.jpg 纖維素資源

                 隨著經濟的快速發展,作為支撐經濟發展的重要資源——石油資源也日漸枯竭;同時各種石油基產品的大量使用也對環境造成了較大污染。1838年,法國科學家Payen(1795-1871)首次用氫氧化鈉、硝酸溶液交替處理木材后,分離出一種均勻的化合物并命名為纖維素。纖維素作為自然界中存量最豐富的可再生有機高分子資源,在眾多領域得到了較為廣泛的應用。近年來,進一步有效利用纖維素資源,特別是纖維素資源的精細化應用更是成為國內外研究的熱點。纖維素在自然界儲備豐富,纖維素是我們生活中非常常見的樹木等植物組織中的最基本組成成分之一,除了植物組織中的大量儲備,纖維素也可以由動物、微生物不斷制造產生,是綠色可再生天然生物高分子物質的典型代表。纖維素在植物體內有大量儲備,具有可再生、分布廣、價格低、生物兼容性強、可被降解等優點,是天然綠色高分子材料。纖維素具有很多優越的生化性能,如生物可降解性、親水性、手性、可修飾性。




          1.jpg 納米纖維素

                 納米纖維素(nanocrystalline cellulose,簡稱NCC)是以富含纖維素的生物質材料為原料,通過去除半纖維素、木質素等非纖維成分,并采用機械的、化學的或生物的方法將其任一維尺寸縮減至100nm以內的纖維素材料。納米纖維素的直徑通常為5~100nm,長度在幾十到數百納米之間,具有較高的長徑比。納米纖維素主要分為兩種,一種是纖維素納米晶(CNC),也叫納米微晶纖維素(NCC),或纖維素納米晶須(CNW);CNC一般為棒狀,但在某些特定制備條件下也可以得到球形CNC。另一種納米纖維素是纖維素納米纖絲(CNF),也叫納米纖絲化纖維素(NFC),CNF為纖維狀。納米纖維素不僅承繼了纖維素的一些特性,如可再生、可降解性、親水性、廣泛的化學可修飾性,而且具有非常多的優異性能,比如粒徑小、比表面積大、高強度、高硬度、密度小等,而且其表面含有大量的極性基團,非常容易進行表面改性,使其表面電位升高,從而導致在基體或溶液中的穩定性增加,是一種極具發展潛力的新型納米材料。



          1.jpg 制備納米纖維素方法

                 目前,制備納米纖維素的主要方法包括生物化學法和機械法。其中生物化學法主要生物酶水解法或酸水解法,此種方法獲得的納米纖維素常為膠狀顆粒,其產品通常為納米微晶纖維素、納米晶須或納米晶體纖維素; 機械法主要包括高壓均質、高速剪切、研磨、超聲波,這種機械法制備的納米纖維素主要呈纖維狀,產品稱為納米纖維素纖維或者纖維素微纖絲。纖維素的超分子結構是由結晶區和無定形區交錯結合的體系。通常采用化學方法或物理和化學相結合的方法對纖維素的無定形區進行破壞,最終制得結晶度高的納米纖維素。目前,納米纖維素的主流制備方法包括硫酸水解法、TEMPO氧化法和各種預處理聯合機械法。



          1.jpg 酸解均質制備納米纖維素

                 硫酸水解法是利用硫酸破壞纖維素的無定形區,但該方法污染大、得率低;且用硫酸水解制備納米纖維素是一個突變的過程。在這一過程中,纖維素的聚合度驟然降低,磺化及CNC產生也都是瞬時發生的,因此,該過程難以控制且制備條件較難優化。因此,許多研究者對硫酸水解制備CNC的方法進行了改進。物理機械法通常是利用高強度的沖擊力、剪切力使纖維素纖維解纖、斷裂,從而制備納米纖維素;物理機械法制備得到的納米纖維素為CNF;與CNC相比,CNF容易卷曲、聯結,結晶度較低,制備能耗高,且容易堵塞管道。酸解均質的制備方法與物理機械均質化相比,明顯減少了均質次數,提高了得率;且制備的納米纖維素晶須粒徑小且分布均勻,結晶度高。經硫酸水解后,納米纖維素分子中引入了磺酸基團,經硫酸水解和均質處理后,CNC的結構并未發生變化。


          1.jpg 納通優勢

                 隨著新能源行業的日益增長,研究人員越來越多尋求開發高性能材料,其中材料的分散均勻性問題總是在阻礙這個過程。納米技術的新突破有助于將新的和更有效的能源應用帶入生活,高壓均質機能為該領域科研人員和制造商提供納米化均質分散的技術。高壓均質機可以將材料顆粒尺寸減小到亞微米級,以產生穩定的納米乳液和懸浮液。液滴尺寸的減小和顆粒更均勻的分散,材料的性能將顯著增加,可以達到更好的外觀,更優越的效果,更少的有機溶劑添加等等,使得在競爭激烈的市場中脫穎而出成為可能。
          ◆制得的粒子粒徑小
          ◆粒度分布窄且均勻
          ◆效果顯著
          ◆數據重現性強
          ◆可大批量連續生產


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