旧报纸基含木质素CNC和CNF的综合制备与表征

本研究以旧报纸为原料,采用硫酸水解法制备了含木质素纤维素纳米晶体（LCNC）,随后利用超声辅助球磨法将酸解沉淀的木质纤维素固体残渣（LCSR）解纤成含木质素纤维素纳米纤丝（LCNF）,实现了LCNC和LCNF的综合制备,综合产率高达85%以上。采用多种手段对LCNC和LCNF样品的结构特性进行分析表征。结果表明,LCNC呈棒状晶体结构,LCNF呈长丝状结构,木质素以球状颗粒存在于LCNC和LCNF中。LCNC平均长度和宽度分别为143.6和24.8 nm,LCNF的平均直径为16.2 nm。X射线衍射仪（XRD）结果显示LCNC和LCNF均保留纤维素I型结构,且木质素含量越高,其结晶度越低。同时,木质素本身的高疏水性和热稳定性使得木质素含量大的LCNC和LCNF具有更好的疏水性和热稳定性。     

炭黑/CNF复合光热转化材料的制备及性能研究

太阳能光热转化材料在海水淡化应用方面具有巨大的潜力和广阔的前景,因此开发水蒸发效率高、成本低、可生物降解的光热转化材料对海水淡化技术的发展有着重要的意义。本研究采用纤维素纳米纤丝(CNF)为原料,辅以炭黑、胶黏剂等,制备出炭黑/CNF复合光热转化材料,并对其光吸收性能、海水平均蒸发效率、隔热性能进行了研究。结果表明,该材料具有良好的光吸收性能、海水平均蒸发效率和隔热性能。最佳炭黑用量为1. 0%,此时其太阳能总吸收率为92. 05%,海水平均蒸发速率可达到1. 17 kg/(m~2·h),导热系数为0. 05 W/(m·K)。     

纤维素纳米晶体/聚苯乙烯复合薄膜的制备及性能研究

通过Pickering乳液法一步实现亲水性纤维素纳米晶体（CNC）和疏水性聚苯乙烯（PS）的高效复合,经溶液浇筑成膜与热压耦合制得力学性能优异的CNC/PS复合薄膜。结果表明,尽管CNC的添加会降低PS薄膜的透明度,但当CNC添加量≤10%时,CNC/PS复合薄膜仍能保持良好的透明度。当CNC添加量为8%时,CNC/PS复合乳液中的乳滴尺寸和乳滴分布均一性最佳,此时CNC/PS复合薄膜的力学性能最佳,其拉伸强度为33.8 MPa,远优于纯PS薄膜（18.9 MPa）,韧性和杨氏模量分别为408.1 kJ/m3和1.9 GPa,是纯PS薄膜的1.8倍和1.5倍。当CNC添加量增至20%时,CNC/PS复合薄膜出现发白现象,透光率显著下降,但仍具有与纯PS薄膜相当的力学性能（拉伸强度为20.9 MPa,杨氏模量为1.6 GPa）。     

CNC、CNF及BC对纸张加固效果的比较研究

采用X射线衍射、接触角、紫外可见光谱、热分析等手段对纤维素纳米晶体（CNC）、纳米纤丝化纤维素（CNF）、细菌纤维素（BC）3种纳米纤维素性能进行表征,分别采用这3种纳米纤维素分散液处理纸样,以研究它们对纸样的加固效果。结果表明,与CNC和CNF相比,BC具有结晶度高、成膜后致密性好,热稳定性、透光性及强度性能好的优点;3种纳米纤维素均能对纸样起到一定的加固效果,其中BC能大幅度提高纸样的强度性能,且对纸样颜色的改变程度较小。     

NaClO/CNC氧化淀粉的制备及其复合膜的性能研究

将纤维素纳米晶体(CNC)加入NaClO氧化体系制备氧化淀粉(OS),将氧化淀粉(OS)与聚乙烯醇(PVA)/甘油(GL)共混制备复合膜,3种物质的质量比为OS∶PVA∶GL=20∶8∶5;并对OS和复合膜的性能进行表征。结果表明,在CNC添加量为0. 5%时,OS的羧基含量最高为1. 1%;此时复合膜的透明度达到最高值0. 66,且复合膜的热稳定性最好;在CNC添加量为3. 0%时,复合膜的拉伸应力达到11. 89 MPa。     

纳米纤维素制备方法的研究现状

纳米纤维素由于其生物可降解性、低密度、高机械性能和可再生性而受到广泛关注。本文主要介绍了由木材或农业/林业剩余物生产的纳米纤维素的分类及制备方法,包括制备纤维素纳米晶体的无机酸水解法和酶水解法以及有机酸水解法、固体酸水解法、离子液体法、低共熔溶剂法和美国高附加值制浆法(American value added pulping,AVAP)等新型制备方法,同时介绍了制备纤维素纳米纤丝常用的预处理法和后续机械处理法,其中预处理法主要包括氧化、酶、有机酸、高碘酸盐氧化、低共熔溶剂、离子液体和溶剂辅助等多种预处理手段。最后分析了纳米纤维素的制备方法中亟待解决的问题,并展望了纳米纤维素的广阔应用前景。     

无机盐电解质对纳米纤维素流变性能的影响

本课题研究了不同阴阳离子的无机盐电解质对纳米纤维素悬浮液流变性能的影响。结果表明,纤维素纳米纤丝（CNF）和纤维素纳米晶体（CNC）悬浮液具有“剪切稀化”行为,剪切速率由0.01 s^-1增加到1000 s^-1时,悬浮液黏度从1000 Pa·s持续降至0.1 Pa·s。纳米纤维素悬浮液中添加不同价态的金属盐NaCl、MgCl₂、AlCl₃、Na₂CO₃和Na₃PO₄,随着金属盐添加量从0.001 mol/L增加到0.5 mol/L,纳米纤维素表面的双电层被破坏,静电排斥力减弱,使纳米纤维素颗粒沉积聚集,纳米纤维素悬浮液出现凝胶化现象。此外,随着阳离子强度的增加凝胶化越来越明显,悬浮液黏度增大,储能模量和损耗模量也随之增加。相反,受金属离子“静电排斥效应”的影响,随着阴离子强度的增加悬浮液黏度和模量变化不大,阴离子对纳米纤维素表面形成的双电层结构没有明显的破坏,无法明显降低纳米纤维素之间的作用。因而,阴离子强度的增加对纳米纤维素悬浮液凝胶化作用不明显。     

环保型PLA/CNF应用于纸张阻隔性涂布的研究

以聚乳酸（PLA）为基体、乙酰化改性纤维素纳米纤丝（m-CNF）为增强材料制得复合涂料,将其涂覆于A4纸表面制得PLA/m-CNF阻隔纸,探讨了复合涂料中m-CNF添加量对纸张阻隔性能、疏水性能、强度性能等的影响。结果表明,与原纸相比,当m-CNF添加量为3%时,PLA/m-CNF3%阻隔纸的抗张指数、耐破指数、疏水性能分别提高了30.6%、40.1%、24.8%,透气度降低了36.6%。原纸水蒸气透过量为1815 g/（m²·d）,PLA/CNF阻隔纸的氧气和水蒸气阻隔性能相较原纸显著提升;其中,PLA/CNF3%阻隔纸的水蒸气透过量为443 g/（m²·d）、氧气透过量为45 cm³/（m²·d·（0.1 MPa））;PLA/m-CNF3%阻隔纸的水蒸气透过量为385 g/（m²·d）、氧气透过量为35 cm³/（m²·d·（0.1 MPa））,与PLA/CNF3%阻隔纸相比,分别下降了13.1%和22.2%;表明PLA/m-CNF阻隔纸具有优异的保鲜效果。     

CNF/活性炭纸基材料对水中余氯去除性能研究

本研究以针叶木浆、活性炭粉末和聚酯纤维为原料,添加纤维素纳米纤丝(CNF),制备了一种高性能、绿色可降解、用于去除水中余氯的CNF/活性炭纸基材料(CNF/ACPBM).探讨了 CNF添加量对CNF/ACPBM的活性炭留着率、物理性能、结构特性及余氯去除性能的影响.当CNF添加量为2.0％时,CNF/ACPBM的活性炭...     

基于三元DES体系制备硫酸化改性CNF及其性能研究

以漂白硫酸盐浆为原料,采用氨基磺酸/尿素/氯化胆碱三元低共熔溶剂(DES)体系预处理结合机械处理的方法制备硫酸化改性的纤维素纳米纤丝(CNF),并采用纤维图像分析仪、元素分析仪、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、Zeta电位分析仪、热重分析仪和多重光散射分析仪对制得的CNF性能进行表征。结果表明,三元DES预处理既可改性纤维原料又可对其产生润胀效果,从而促进其在纳米均质化过程中的纤丝化。与未经DES预处理的纤维原料在均质化处理过程中能耗(9.49×10⁷ kJ/kg)相比,DES预处理(1.61×10⁷～2.11×10⁷ kJ/kg)可节省77.8%～83.0%的能耗。DES预处理提高了所得CNF悬浮液的稳定性但导致其热稳定性下降;此外,延长DES预处理时间可促进纤维的纤丝化并降低纤维聚合度。     

Preparation and Properties of Cellulose Nanomaterials

Cellulose is the most abundant biomass material in nature and it is mainly extracted from natural or lignocellulosic fibers. After purification, cellulose fibers exhibit two interesting features for their further transformation into nanomaterials: a hierarchical and multi-level strcture, and a semicrystalline microstructure. Different forms of cellulose nanomaterials, resulting from a top-down deconstructing strategy (cellulose nanocrystals (CNCs), cellulose nanofibrils (CNFs)) or bottom-up strategy (bacterial cellulose (BC)) can be prepared. Multiple mechanical shearing actions applied to cellulosic fibers release more or less the nanofibrils individually. A controlled strong acid hydrolysis treatment can be applied to cellulosic fibers allowing dissolution of non-crystalline domains. Such cellulose nanomaterials have been the focus of an exponentially increasing number of works or reviews devoted to understand such materials and their applications. They have a high potential for an emerging industry. In the nanoscale, cellulose exhibits specific properties broadening the applications of this naturally occurring polymer. An overview of existing methods for the preparation of cellulose nanomaterials and their specific properties that outperform and contrast with cellulose in the microscale is proposed.     

预水解协同低共熔溶剂制备芦苇纤维素纳米纤丝的研究

采用预水解协同低共熔溶剂法（F-DES）制备芦苇纤维素纳米纤丝（CNF）,通过对预水解芦苇得率、化学组分等的分析,探讨较佳预水解工艺,采用红外光谱、扫描电子显微镜、粒径分析、X射线衍射仪分析和热重分析等对预水解处理的芦苇以及芦苇CNF进行了表征。研究结果表明,芦苇预水解的较佳条件为：液比1∶6,预水解温度165℃,保温时间50 min。预水解芦苇得率为80.31%,α-纤维素含量为49.62%,预水解处理芦苇纤维素晶型结构未发生变化,保持纤维素Ⅰ型结构。F-DES体系处理预水解芦苇制备CNF的较优工艺条件为：FeCl3·6H2O用量为0.2 mmol/g DES,草酸二水合物/氯化胆碱（Oxd/Ch Cl）质量比为4∶1,反应时间6 h,温度80℃。制备的CNF粒径为200～800 nm,总体呈现均匀的纳米纤丝状,优化条件下制备的CNF中有90%的粒径分布在300～400 nm之间。     

对甲苯磺酸预处理对纳米纤维素膜性能的影响

利用两步对甲苯磺酸（p-TsOH）预处理选择性分离蔗渣中的半纤维素和木质素,并对p-TsOH预处理的剩余固体和商业级漂白蔗渣浆进行高压均质处理,获得2种纤维素纳米纤丝（LCNF和BCNF）;然后对LCNF和BCNF进行真空抽滤及热压（T）处理,制得不同的纳米纤维素膜（LCNF膜、BCNF膜、T-LCNF膜和T-BCNF膜）。结果表明,p-TsOH预处理后残留的木质素有利于CNF的制备和分散,且可提高CNF滤水性能,使其成膜性大幅提升;此外,木质素的存在可显著提高CNF膜的疏水性,但对其力学性能有一定阻碍作用;通过热压作用可实现木质素的热熔和再分布,改变CNF膜的结构,使其拉伸强度大幅提高（166.7 MPa）的同时具有良好的疏水性。     

Fenton法制备的纤维素纳米纤丝在聚乙烯醇复合膜中的应用研究

利用Fenton试剂预处理溶解浆原料,高压均质后获得Fenton氧化纤维素纳米纤丝(Fenton Cellulose Nanofiber, F-CNF),随后采用溶液浇铸法制备了F-CNF添加量为1%～20%的F-CNF/PVA复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、万能力学实验机、溶胀实验、热重分析仪(TGA)等对复合膜的微观形貌、化学结构变化、力学性能、吸水溶胀性、热稳定性等进行了分析表征。结果表明,F-CNF与PVA分子间产生了大量的氢键缔合并发生了缩醛反应,两者具有良好的界面相容性,F-CNF可在PVA基质中均匀分散;添加F-CNF后,显著提高了复合膜的拉伸强度和弹性模量,降低了复合膜的吸水溶胀率,提高了其热稳定性。当F-CNF添加量为15%时,复合膜的拉伸强度为65.27 MPa,弹性模量为1460.32 MPa,与PVA膜相比,分别增加了217.77%和830.69%。