芦苇浆纳米纤维素的制备工艺条件优化及形貌分析

采用硫酸水解芦苇浆制备纳米纤维素,并用正交试验优化了工艺参数,分析了硫酸质量分数、反应温度和水解时间对芦苇浆制备纳米纤维素得率的影响.用透射电镜表征了芦苇浆制备的纳米纤维素的形貌.结果表明硫酸水解芦苇浆制备纳米纤维素的3个工艺参数对其得率的影响为硫酸质量分数的影响最大,反应温度的影响次之,而水解时间的影响较小;硫酸水解芦苇浆制备纳米纤维素的优化工艺条件为硫酸质量分数52％,反应温度47℃,水解时间4h,此条件下纳米纤维素得率最高(82.81％).芦苇浆制备的纳米纤维素经透射电镜观察呈棒状,纤维素长度达到纳米级.     

碱处理芦苇浆纳米纤维素制备工艺条件优化

采用质量分数55%硫酸水解碱处理芦苇浆制备纳米纤维素,研究反应时间、反应温度和碱处理时间对纳米纤维素得率及其平均粒径变化的影响。单因素试验最优制备条件为碱处理时间1.0 h,反应温度60℃,反应时间2.0 h,纳米纤维素得率为54.50%,平均粒径为156.9 nm;通过傅里叶红外和X射线衍射分析,结果表明碱处理芦苇浆制备纳米纤维素为纤维素Ⅱ型。在单因素试验基础上进行正交优化试验,对纳米纤维素得率而言,正交优化最佳工艺条件为碱处理时间1.0 h,反应温度60℃,反应时间3.0 h,此条件下纳米纤维素得率最高,为55.64%,平均粒径为166.3 nm。     

高温高压制备微晶纤维素新工艺

高温高压制备微晶纤维素工艺与传统的制备工艺的反应机理相近,随着处理液pH值、时间、温度、压力等反应相关因素的调整,其反应进程发生重大变化,并且产生与传统工艺截然不同的结果。实验结果表明,制备过程因素影响关系为:酸浓度<处理时间<水解温度;从得率对比情况看,高温高压制备微晶纤维素的工艺水解反应时间过长,则纤维素反应物明显减少,其得率明显偏低,合理控制处理时间是保证有效得率的重要环节。从不同工艺条件下微晶纤维素得率角度,高温高压制备微晶纤维素的最佳工艺为:盐酸浓度取2.5%、处理时间为180 min、水解温度为130℃;但以表面膨胀体积为参照系时,高温高压制备微晶纤维素的最佳工艺为:此时盐酸浓度应取1.0%、处理时间为120 min、水解温度为150℃。     

纳米纤维素的形貌及快速表征方法的比较

以商品南方松溶解浆、漂白桉木浆为原料,采用硫酸水解法、纤维素酶预处理法、2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基(TEMPO)氧化法以及机械法分别制备了纳米纤维素,利用透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)详细表征了不同方法制备的纳米微晶纤维素(CNC)和纳米纤丝纤维素(CNF)。采用了多种商品粒度仪快速定性表征了纳米纤维素的大小,CNC为棒状纳米晶须结构,直径约为20 nm,长度为10~200 nm;CNF一般为网状结构,尺寸较大且分布较宽,单根CNF直径从几纳米到几百纳米不等。依据离心分离以及布朗运动制备的2种仪器非常适合半定量快速表征非网状结构的纳米微晶纤维素,实验重复性也很好。     

纳米纤维素晶体的制备及表征

采用超声波辅助硫酸水解、高速离心取其上清层水溶胶的方法由微晶纤维素(MCC)制备纳米纤维素晶体(NCC),并采用场发射透射电子显微镜(FETEM)、场发射环境扫描电子显微镜(FEGE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对所制备NCC的尺寸与形态、结构、组成和光谱性质进行分析。结果表明:FETEM和FEGE-SEM观察所制备纳米纤维素晶体形态相同,呈棒状,直径和长度主要分布在2～24nm和50～450nm;XRD图谱表明NCC仍属于纤维素Ⅰ型,结晶度为77.29%,晶粒尺寸为3～6nm;FTIR分析表明所制备的纳米纤维素晶体仍然具有纤维素的基本化学结构。     

高温高压制备微晶纤维素新工艺的研究

探讨处理温度、处理时间和盐酸浓度对高温高压制备微晶纤维素的影响,结果表明:从微晶纤维素得率角度,高温高压制备微晶纤维素的最佳工艺为:盐酸质量分数为2.5%、处理时间为180 min、水解温度为130℃;从表面膨胀体积角度,高温高压制备微晶纤维素的最佳工艺为:盐酸质量分数为1.0%、处理时间为120 min、水解温度为150℃。     

酸水解制备纳米纤维素工艺条件的响应面优化

采用硫酸水解法制备了纳米纤维素,并运用响应面分析法原理,对影响纳米纤维素得率的3个主要影响因素即硫酸质量分数、温度和时间进行优化.利用Design - Expert软件的Box -Benhnken (BBD)模式建立试验数学模型,并对各因素及其相互之间的交互作用进行了分析.结果表明,回归得到的二次多项式模型极显著,模型...     

原位合成炭基磷钨酸及其催化性能初探

以杉木屑为原料,采用原位合成法制备炭基磷钨酸催化剂,以此催化剂催化水解微晶纤维素制备纳米纤维素(NCC),考察了液料浸渍比、炭化温度及炭化时间等催化剂的制备因素对NCC得率的影响。结果表明:液料浸渍比2.5∶1(mL∶g),炭化温度350℃,炭化时间1.5 h条件下制备得到的炭基磷钨酸的催化性能较好,NCC得率可达25.28%。采用傅里叶红外光谱仪、热重分析及扫描电镜对炭基磷钨酸催化剂进行了表征,结果表明:磷钨酸较好地负载在炭材料上,炭基磷钨酸的Keggin结构特征吸收峰并未发生明显变化,磷钨酸Keggin结构开始分解的温度是370℃。用透射电子显微镜和X射线衍射仪对NCC的形貌、晶体结构进行了分析,结果表明:NCC呈棒状,直径9~70 nm,长度130~830 nm,平均长径比为11.2∶1,结晶度为76.1%,平均晶粒尺寸6.9 nm。     

超声波辅助对甲苯磺酸催化水解纸浆制 纳米纤维素晶体

利用对甲苯磺酸催化水解硫酸盐竹浆,制备了一种新型高效、绿色环保的纳米纤维素晶体(NCC),分析了反应时间、反应温度和超声波的作用对NCC得率及性能的影响,并采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR),X-射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)以及热重分析(TGA)对NCC谱学性能、晶体结构、形貌特征以及热稳定性进行了表征。研究结果表明:在反应时间45 min、反应温度80℃,超声波作用时间2 h的条件下,NCC得率(51.66%)最高;TEM显示NCC直径为10～40 nm,长度为400～700 nm;XRD分析得知NCC结晶度为72.50%,较原料(硫酸盐竹浆)有所提升,二者均为纤维素Ι型;TGA表明NCC热学性能较原料稳定。     

微波辅助磁性固体酸催化纤维素水解的研究

以生物质基磁性固体酸为催化剂,采用微波相结合的辅助手法对预处理的微晶纤维素进行水解研究。以还原糖得率为指标,通过单因素试验和正交试验(四因素三水平)考察水解时间、水解温度、纤维素与催化剂量的比例和微波功率对纤维素水解的影响,利用红外光谱(FT-IR)分析纤维素水解残渣。结果表明,微波辅助生物质基磁性固体酸催化剂催化纤维素水解的最佳工艺条件为:水解时间30 min、水解温度80℃、催化剂量与纤维素的比例2:1、微波功率450 W,此时还原糖得率最高,达57.4%;4个因素对纤维素水解影响的主次顺序为:微波功率催化剂量水解时间水解温度。FT-IR分析表明微波辅助纤维素水解残渣中几乎没有纤维素存在,即纤维素基本被完全水解。     

基于离子液体的椰壳纤维纳米纤维素的制备与表征

采用酸性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([Bmim][HSO4])/1,4-丁二醇/水体系对椰壳纤维进行组分分离,采用亚氯酸钠对综纤维素进行漂白处理得到纯纤维素,利用酸水解-超声波辅助法制备纳米纤维素。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)仪、X射线衍射(XRD)仪、热重分析(TG)对纳米纤维素的形貌、化学成分、结晶度、热性能进行表征,并探讨了[Bmim][HSO4]对纳米纤维素得率及性能的影响。结果表明:[Bmim][HSO4]提高了木质素脱除率,提高了纤维素的易处理性,有利于纯纤维素的制备;椰壳纤维纳米纤维素仍具有纤维素的基本化学结构和结晶结构,属于纤维素I型;离子液体使得综纤维素质量损失率提高,进而导致纳米纤维素得率降低;椰壳纤维纳米纤维素纤丝平均长度(271±81)nm,平均直径(6.3±1.8)nm,[Bmim][HSO4]对纳米纤维素粒径尺寸分布(3~9 nm)无明显影响。     

几种纤维素酶制剂水解和吸附性能的研究

比较了商品纤维素酶和自产纤维素酶在蛋白组分及蛋白组分含量上存在的差异。商品纤维素酶水解稀酸预处理和蒸汽爆破预处理的玉米秸秆,其水解得率均低于自产纤维素酶。以蒸汽爆破的玉米秸秆为碳源制备纤维素酶,添加外源8 IU/g(以纤维素计)的β-葡萄糖苷酶,水解蒸汽爆破的玉米秸秆48 h,纤维素水解得率为90.08%;水解液中纤维二糖的质量浓度从17.06 g/L降低到1.12 g/L,相应葡萄糖质量浓度从21.09 g/L提高到44.01 g/L,可发酵性糖从55.28%提高到97.52%。微晶纤维素对商品酶和自产酶的吸附在30 m in达到平衡,且符合Langmu ir等温吸附方程;由Langmu ir常数分析得知两类酶均来自里氏木霉,且对微晶纤维素的亲和力相差不大。     

聚乙烯醇/纳米纤维素晶体复合膜热学性能

以微晶纤维素(MCC)为原料,通过硫酸水解得到纳米纤维素晶体(NCC),再将纳米纤维素晶体与聚乙烯醇复合共混制备聚乙烯醇/纳米纤维素晶体复合膜,研究复合膜的热学性能,同时采用场发射透射电镜(FETEM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)、热重分析(TG)、差示扫描量热仪(DSC)等仪器对纳米纤维素晶体及其复合膜进行表征与分析。结果表明:所制得的纳米纤维素晶体直径约2～24nm,50～450nm长,呈棒状;由FE-SEM图可观察到纳米纤维素晶体与聚乙烯醇具有良好的界面相互作用,但在较大添加量7%时,NCC出现部分团聚,与基体的相容性下降;由TG和DSC分析说明NCC与PVA基体可较好相容,形成了热稳定性较好的复合膜,但当NCC添加量较大时,由于团聚使复合膜热稳定性下降。     

基于高底物浓度的纤维素酶三段水解桑木粉得率与形貌分析

为改善高底物浓度酶水解过程中产物抑制问题,采用三段酶水解方法,通过在水解过程中及时移除反应产物纤维二糖和葡萄糖,降低产物抑制作用,增加酶反应速率,从而提高酶水解得率、缩短酶反应时间。与原料和经NaOH预处理的桑木比较,NaOH-Fenton预处理后的桑木中木聚糖含量明显降低,纤维素含量相对增加,木质素含量变化较小。无论是一段水解还是三段水解,纤维素酶水解得率均随底物质量浓度的升高而下降。在0.30 g/m L(m/V)底物质量浓度下,当酶用量增加为40 U/g(以纤维素质量计)时,三段(10+10+10)h酶水解得率74.16%,比一段水解72 h得率45.61%增长了62.60%,并且水解时间缩短了42 h。该研究结果对提高纤维素酶水解得率、降低纤维资源制取燃料乙醇成本具有指导意义。     

液氮冷冻干燥法制备纳米纤维素气凝胶

纤维素气凝胶被誉为继有机气凝胶和无机气凝胶之后的新一代气凝胶,是新生的第三代材料,在吸附材料等领域具有广阔的应用前景。笔者先以微晶纤维素(MCC)为原料经硫酸水解法制得纳米纤维素(NCC),再通过无机盐溶液物理凝胶成型法、叔丁醇置换和液氮冷冻干燥制备球形纤维素气凝胶。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、万能力学试验机、热重分析仪、全自动比表面积及孔隙分析仪对所制备的纳米纤维素气凝胶的力学性能、微观形貌、比表面积、孔径分布及热稳定性进行表征分析。结果表明,液氮冷冻干燥法制备的球形纳米纤维素气凝胶主要为疏松多孔的三维层状结构同时存在少量三维网络结构,其比表面积在104.07~164.97 cm~2/g之间,孔径主要分布在10~25 nm内;纳米纤维素气凝胶的力学性能、压缩强度、密度随着纳米纤维素质量分数的增加而变大;纳米纤维素气凝胶的热稳定性与微晶纤维素和纳米纤维素相似。     

纤维素纳米晶体膜及胆甾型液晶图案的制备

以微晶纤维素为原料,采用硫酸水解法制备了纤维素纳米晶体悬浮液,再通过室温下自然干燥的方法制备了纤维素纳米晶体薄膜。通过扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计和偏光显微镜,分别研究了纤维素纳米晶体薄膜的光学性能、内部微观结构以及纤维素纳米晶体悬浮液的光学织构变化。研究结果表明,在质量分数64%硫酸、45℃条件下,水解微晶纤维素2 h后可制得稳定的纤维素纳米晶体悬浮液;超声处理后的悬浮液可形成胆甾型液晶相,随着悬浮液浓度的变化,通过偏光显微镜可以观察到胆甾型液晶的圆盘织构、条纹织构以及特征指纹织构;超声处理后悬浮液制备的纤维素纳米晶体彩色薄膜具有胆甾型液晶结构;利用偏光显微镜观察到的胆甾型液晶纹理和色彩图案具有防伪性能,可将它们制成具有唯一性的防伪标签。     

慈竹纳米纤维素的制备及特征分析

以慈竹为原料,先经过抽提处理除去抽提物,再经次氯酸钠和氢氧化钠溶液处理,除去其中的木质素与半纤维素而得到α-纤维素,将得到的α-纤维素通过33%(wt.)硫酸溶液与超声波处理相结合的方式分离出慈竹纳米纤维素。通过扫描电镜(SEM)与透射扫描电镜(TEM)对纳米纤维素的形态特征进行了分析,结果表明纳米纤维素径级范围约10～25 nm。傅里叶红外光谱(FTIR)分析显示慈竹中木质素以及半纤维素已被完全分离,α-纤维素与纳米纤维素化学成分基本一致;热重分析(TGA)显示分离出慈竹纤维中的半纤维素与木质素后,α-纤维素与纳米纤维素热稳定性明显提高,但纳米纤维素的热解温度略低于α-纤维素;X射线衍射(XRD)分析表明在各个分离阶段所得产物中,α-纤维素以及纳米纤维素晶体的结晶度得到较大提高,且均呈现出典型的纤维素Ⅰ结构。     

造纸废弃物麦草废渣高温自水解预处理对酶水解性能的影响

对造纸废弃物麦草废渣进行高温自水解预处理,并对预处理后的麦草废渣进行组成分析和酶解,以纤维素和木聚糖的酶解得率为考核指标,研究了不同自水解预处理条件对麦草废渣酶解的影响。研究表明,预处理后麦草废渣的化学组成和物理结构均发生了改变,纤维素的含量增加,比表面积增大且促进了纤维素的酶解。酶解结果显示,温度对预处理麦草废渣的酶水解得率有着极其显著的影响。以200℃自水解预处理60 min的麦草废渣为酶水解底物(质量浓度50 g/L),添加纤维素酶35 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶25 IU/g、木聚糖酶120 U/g及2 g/L聚乙二醇(PEG6000),酶解体系50 m L,于50℃酶解36 h,其纤维素和木聚糖酶解得率分别达86.29%和74.03%,是麦草废渣经170℃自水解40 min后酶解得率的2.3倍和2.8倍。     

TEMPO/NaBr/NaClO氧化对纳米微晶纤维素性能的影响

利用TEMPO/NaBr/NaClO体系对硫酸水解漂白硫酸盐浆制备的纳米微晶纤维素(NCC)进行改性制备氧化NCC(TONCC)。采用电导滴定、X射线衍射(XRD)及原子力显微镜(AFM)对改性前后纳米微晶纤维素的表面性能及形貌进行表征,并将其作为造纸增强剂应用于废新闻纸脱墨浆,研究其对浆料强度性能的改善作用。结果表明,TONCC表面引入大量的羧基(0.806 mmol/g),而NCC表面羧基含量仅为0.02 mmol/g,外观由半透明变为透明。TONCC保持了纤维素I的晶型结构,分散性能得到改善,宽度略有减小。将改性前后的纳米微晶纤维素加入到废新闻纸脱墨浆中,与对照样相比,当NCC和TONCC用量为0.6%时,浆料的抗张指数分别提高了8.7%和14.2%;NCC和TONCC用量为0.8%时,撕裂指数提高了约12%。将NCC和TONCC与CPAM联合使用,浆料的抗张指数得到了进一步提升,用量为0.8%时,抗张指数分别为17.35和18.52(N·m)/g,分别比对照样提高了19.6%和27.7%。     

稀硫酸-氢氧化钙联合预处理玉米秸秆制乙醇

以玉米秸秆为原料,研究稀硫酸-氢氧化钙联合预处理秸秆制备燃料乙醇的方法。玉米秸秆经稀硫酸预处理、固液分离后得到的预水解液(主要含有木糖)进行戊糖发酵;而残渣采用氢氧化钙进一步预处理后,经酶水解得到的葡萄糖进行己糖发酵,从而实现戊糖和己糖分开发酵产乙醇。研究结果表明,玉米秸秆稀硫酸预处理最佳条件为:硫酸用量1.00%(以绝干玉米秸秆计),反应温度130℃,反应时间70 min,此时木聚糖水解得率为80.45%;采用树干毕赤酵母对玉米秸秆稀硫酸预水解液原液、浓缩液Ⅰ(浓度为原液的2倍)和浓缩液Ⅱ(浓度为原液的3.5倍)进行戊糖发酵,乙醇得率分别为82.52%、85.13%和73.64%。氢氧化钙进一步预处理玉米秸秆稀硫酸预处理渣的最佳条件为:氢氧化钙用量0.125 g/g(以绝干玉米秸秆计),反应温度90℃,时间24 h,此时纤维素酶水解得率为84.92%;采用酿酒酵母对两步预处理残渣的酶水解液原液、浓缩液Ⅲ和浓缩液Ⅳ(浓度为原液的2倍和3倍)进行己糖发酵,乙醇得率分别为92.22%、91.89%和85.54%。