發(fā)布時間：2020-08-21 19:59

【摘要】：樹木等資源中大量存在的納米纖維素作為重要的生物基納米材料,因其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能受到學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的廣泛關(guān)注,日漸成為新材料科學(xué)發(fā)展和纖維素領(lǐng)域的研究熱點。然而,納米纖維素制備方法的選擇、原料的處理過程與成本、溶劑的效果和廢液的環(huán)境污染、設(shè)備裝置及工藝放大等問題,成為納米纖維素還難以量產(chǎn)和進入產(chǎn)業(yè)化階段的主要原因。本文針對以上問題開展研究,提出水合低共熔溶劑(DES)預(yù)處理紙漿纖維并結(jié)合高頻超聲處理制備納米纖維素的研究設(shè)想和實現(xiàn)方法。論文在前期研究證實氯化膽堿/二水草酸DES對生物質(zhì)預(yù)處理有效性的基礎(chǔ)上,探究了將占比10%、20%和50%的DES溶質(zhì)組分與水混合制備低濃度的水合DES體系,以降低溶劑成本以及粘度,通過分子動力學(xué)模擬以及溶劑顯色化參數(shù)揭示了水合DES的溶劑化效力及其機理。隨后,用水合DES對木質(zhì)纖維原料紙漿進行預(yù)處理,隨后對預(yù)處理后的紙漿產(chǎn)物進行液相超聲纖絲化處理,制備得到纖維素納米纖絲和纖維素納米晶體兩種產(chǎn)物,并考察了此種溶劑及方法在規(guī)�；苽浼{米纖維素的實驗效果。研究也進一步考察了通過改變?nèi)軇┨幚項l件,實現(xiàn)酯化納米纖維素的綠色簡易制備。采用化學(xué)組分分析、傅里葉變化紅外光譜、透射電子顯微鏡、zeta電位分析儀、電導(dǎo)分析儀、粘度計、流變儀、掃描電子顯微鏡、X射線衍射、熱重分析儀等對過程產(chǎn)物及最終產(chǎn)物進行了檢測分析,主要結(jié)果如下:(1)以氯化膽堿和二水草酸組成的DES為基礎(chǔ),盡管加入了高倍量的水,但新形成的水合DES的氫鍵酸度、極性和溶劑效應(yīng)卻并未顯著減弱,水分子能與氯化膽堿和草酸形成多種類型的氫鍵結(jié)合,保持溶劑效力。水合DES的成本會顯著降低,而且粘度也降低到與水接近,適于規(guī)�；A(yù)處理使用。(2)利用此水合DES溶劑在80℃條件處理硫酸鹽木漿一遍,就可有效對其純化,獲得純度90%以上的纖維素,纖維素的I型結(jié)晶結(jié)構(gòu)依然保持,相對結(jié)晶度70%或以上,熱穩(wěn)定性高于290℃,纖維的聚合度有一定程度降低、可及度增大,能夠促進后續(xù)的纖維素解纖化。(3)處理后的紙漿纖維經(jīng)800W超聲處理后,可以制備出直徑小于20 nm的納米纖維素。其中,經(jīng)10%DES處理的紙漿纖維,超聲處理后可以獲得長徑比較高的纖維素納米纖絲;經(jīng)20%DES處理的紙漿纖維,超聲處理后可以獲得纖維素納米晶體。這種處理方案在規(guī)模放大后的超聲裝置中也可以獲得相近的效果,證實了水合DES結(jié)合高頻超聲可以實現(xiàn)規(guī)�；苽浼{米纖維素的目標(biāo)。(4)以50%DES為溶劑,在110℃高溫回流狀態(tài)下處理紙漿限制,再經(jīng)超聲處理后能夠得到酯化的纖維素納米晶,并具有良好的分散性和一定的透光性,表現(xiàn)出與傳統(tǒng)硫酸法及TEMPO處理相近的產(chǎn)率和效果,但是具有更突出的熱穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ352.79;TB383.1
【圖文】：

主要集中在美國、加拿大、日本、瑞典、芬蘭等發(fā)達國家。加拿大的ＣｅｌｌｕＦｏｒｃｅ公司是逡逑制備纖維素納米晶的企業(yè)代表，并且于２０１２年率先開發(fā)了一條基于硫酸水解法制備纖逡逑維素納米晶的中試生產(chǎn)線，產(chǎn)能為每天１噸，其中試車間如圖１邋（ａ，ｂ）所示。同年，逡逑美國林務(wù)局基于硫酸水解法和機械研磨法在威斯康星州開辦了全美首家制備工廠，產(chǎn)量逡逑可以達到日產(chǎn)１０邋ｋｇ纖維素納米纖維及纖維素納米晶體日產(chǎn)１０００邋ｋｇ的產(chǎn)量。２０１４年，逡逑美國}煲虼笱Ыǔ閃嘶諢蹬棠ゾ斗ǖ哪擅紫宋刂惺隕擼芪刻歟倍幀ｅ義希玻埃保的輳叢攏攔坦臼迪至嘶冢粒鄭粒蟹ǖ納桃的擅紫宋兀貌返奶砑涌墑靛義舷侄運芰系腦鑾浚郟常梗蕁＝改昀�，葰竹x諛擅紫宋氐難繡澈筒禱矯娉氏滯環(huán)擅徒膩義鮮仆罰渲幸躍┒即笱У氖敢昂浦淌諍投┐笱У捻侗疵鶻淌諼懟ｍ侗疵鶻淌謨脲義希危椋穡穡錚鑠澹校幔穡澹蠔獻骶痛朔椒壕薊冢裕牛停校戲ń⑸擼杓撇芪磕輳擔(dān)埃板義隙幀＃玻埃保紡輳痹

本文編號：2799800