离子液体在纳米纤维素制备中的应用进展

纳米纤维素因其优异的性能和独特的结构在很多领域都受到了关注,其制备和应用已成为相关领域的研究热点。目前纳米纤维素的制备方法众多,但依然面临着较大的挑战。离子液体因其对木质纤维素优良的溶解性能及可回收性,在纳米纤维素制备中展现了较大的潜力。基于此,综述了离子液体在纳米纤维素制备方面的应用进展,重点介绍了离子液体作为预处理手段在纳米纤维素制备方面的应用现状,以及作为溶剂和催化剂直接水解制备纳米纤维素方面的研究进展,并对制备过程中离子液体的回收情况进行了简单概述。     

机械力与碱处理对不同木质纤维在LiCl/DMSO溶剂体系中溶解性能的影响比较

木质纤维素原料由于具有复杂的细胞壁结构,其组分的溶解和分离成了其高效转化和利用的难点和关键所在。Li Cl/DMSO溶剂体系作为木质纤维素的可全溶体系开发以来,在木质纤维素的转化和利用方面备受关注。木质纤维原料在应用于LiCl/DMSO溶剂体系之前,通常都是经过一定的机械力预处理的。鉴于木质纤维原料的粒径大小及化学组分对溶解性能影响很大,粒径越小,木质纤维原料的结晶度越低,越利于溶剂分子的渗透,本研究采用不同的球磨时间及不同的NaOH/Na_2S制浆工艺条件预处理杨木原料,制备粒径大小、化学结构及组成有很大差别的系列试样,在相同浓度的8%LiCl/DMSO溶剂体系下比较、探讨不同球磨时间及不同程度的化学制浆处理对杨木在LiCl/DMSO溶剂体系中的溶解性能的影响,同时探讨相似的预处理及溶解条件下杨木和麦草溶解性能的差异。     

木质纤维素电纺丝的研究进展

木质纤维材料是一种价格低廉的,储量丰富,生物可降解的天然高分子材料。静电纺丝技术是一种制备纳米／亚微米级材料的非常有效的、特殊的方法。将静电纺丝技术应用到制备纳米级木质纤维材料具有深远的意义。木质纤维素静电纺丝技术具体包括纤维素的静电纺丝技术、纤维素衍生物的静电纺丝技术以及木质纤维素的混纺技术等;木质纤维素静电纺丝在载体材料、膜材料和感应材料等领域有广泛的应用。文章概述了木质纤维材料的静电纺丝技术在近年的研究进展,重点归纳了它的溶剂系统及应用。     

非水溶剂预处理木质纤维原料研究进展

木质纤维素是目前中国最丰富的可再生资源,但由于其交织的复杂结构阻碍了内部纤维素和半纤维素的后续转化,这促使研究者们去寻求有效的预处理方法以解决目前的困境。近年来,随着预处理溶剂不断被发现和新型溶剂的快速涌现,非水溶剂预处理作为一种新兴的预处理方式在木质纤维素生物炼制中展现出良好的效果和应用前景。本文在系统介绍了各种非水溶剂理化性质和特点的基础上,综述了各种非水溶剂对木质纤维素预处理的作用原理、半纤维素和木质素的去除效果以及对纤维素酶解性能的影响,同时总结归纳了不同非水溶剂预处理的主要优缺点,并对非水溶剂预处理面临的挑战和未来的发展方向进行了展望,以期对未来绿色、低廉、高效的预处理方法提供借鉴和指导。     

低共熔溶剂预处理杨木水解渣拆解木质素

为高效去除木质纤维素中的木质素,获得富含纤维素的底物,实现木质纤维素组分的单一分离与组分全利用,制备合成了6种三元低共熔溶剂(deep eutectic solvent, DES),利用DES预处理已去除半纤维素的杨木水解渣,研究了6种低共熔溶剂对木质素去除和纤维素保留的影响,并优化获得了最佳的预处理工艺参数。结果表明,6种DES中苄基三乙基氯化铵-乙二醇-氯化铁(T-EG-Fe)的预处理效果最优,木质素去除率为80.46%,纤维素保留率为90.81%。优化得到T-EG-Fe预处理杨木水解渣最佳工艺条件为:反应固液比为1∶15,反应温度为130℃,反应时间为5h,在最优条件下预处理得到的固体残渣中纤维素质量分数为92.78%,木质素质量分数为5.33%。T-EG-Fe具有高效拆解木质素的潜力,在木质纤维素预处理过程中具有一定的应用价值。     

天然低共熔溶剂在木质纤维素预处理中的应用

综述了天然低共熔溶剂在木质纤维素预处理应用的研究进展,归纳了熔点、密度、黏度、溶解性四大理化性质,总结了羧酸类、多元醇类这两种二元天然低共熔溶剂、三元天然低共熔溶剂在木质纤维素类生物质预处理中的应用,并概括了微波超声辅助预处理、多元天然低共熔溶剂协同预处理、两阶段协同预处理在木质纤维素类生物质预处理中的应用,分析并展望了未来天然低共熔溶剂的研究方向,为采用绿色新型溶剂预处理木质纤维素类生物质提供新思路。     

纳米纤维素去除水体系重金属离子的研究进展

水体系重金属污染治理是目前全世界所面临的一个重大挑战。传统治理方法由于成本高、效率低等问题已不符合当今社会可持续发展战略。纳米纤维素凭借其来源丰富、可再生、化学反应活性高、比表面积大、密度低等优点,在水体系重金属离子去除领域有着光明的应用前景。然而,纳米纤维素吸附材料在水体系重金属去除领域还存在吸附量较低,吸附选择性、再生性、性能稳定性较差,制备成本较高等问题,这限制了其在水体系重金属离子去除领域的工业化应用。通过改性和结构设计不断提高纳米纤维素材料的吸附效率是行之有效的途径,本文从化学改性和结构设计两方面出发,系统地综述了纳米纤维素在水体系重金属离子去除领域的研究现状,并对其中存在的科学技术问题进行总结。最后,展望了纳米纤维素在水体系重金属离子去除领域的发展趋势。     

木质纤维原料蒸汽爆破-生物联合预处理及其生物脱毒研究进展

在木质纤维素类生物质结构中,木质素是生物质中纤维素与半纤维素进行生物降解的天然抗性屏障,预处理是打破木质纤维素抗性结构这一阻碍生物转化与利用瓶颈的最主要途径。本文分别概述了木质纤维素蒸汽爆破预处理技术与生物预处理技术的研究现状,介绍了蒸汽爆破-生物联合预处理的研究进展,分析了蒸汽爆破预处理过程中抑制物产生的机理和主要抑制物的种类,并提出了具有脱毒效果的蒸汽爆破-生物联合预处理技术,以及木质纤维素高效预处理技术研究发展方向。     

纤维素乙醇的研究进展

近年来以纤维素类生物质为原料制备乙醇的研究取得了许多进展,使纤维素乙醇的开发更具商业化前景.重点介绍了木质纤维素转化为乙醇的原料预处理方法、纤维素和半纤维素的酶法降解、有效可靠的发酵菌种的选育及木质纤维素乙醇制备工艺的开发.     

纳米纤维素自愈合水凝胶的构筑

针对目前纳米纤维素(cellulose nanofibrils,CNF)制备方法存在的产率低、能耗高、成本高以及环境污染大等问题,采用酶预处理结合超声波法制备纳米纤维素,先通过酶预处理断裂部分纤维素分子链,再用超声波解离纤维素,确保制备过程的绿色、环保。随后用高碘酸钠氧化制得的纳米纤维素,形成2,3-二醛基纳米纤维素,使其与壳聚糖发生席夫碱反应,构筑具有自愈合性能及pH响应能力的纳米纤维素水凝胶。     

基于离子液体体系制备纤维素水凝胶

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐[Bmim][HSO4]催化剂的溶剂体系处理玉米秸秆并制备纤维素水凝胶。对玉米秸秆进行组分含量测定,测试纤维素水凝胶的溶胀度,研究不同种类纤维素对水凝胶溶胀性能的影响。基于酸性离子液体催化1,4-丁二醇/水醇体系制备纤维素水凝胶为生物质多组分利用及纤维素高值化利用提供新的思路。     

左旋葡聚糖溶剂热转化为高值化学品的研究进展

木质纤维素热解是一种高效生物质利用途径,其衍生产物左旋葡聚糖(LGA)是纤维素热解产物中最主要的初级产物,其产率可高达80%,将LGA高效转化为其他平台化学品可实现其高值化利用。首先综述了纤维素热解制备LGA的研究进展,对比反应器类型和反应条件对LGA产率的影响,生物质预处理工艺将进一步提升工业化规模制备LGA。然后概述了LGA在不同条件下转化为左旋葡萄糖酮、葡萄糖和呋喃类化合物的最新研究进展。发现在LGA溶剂热催化转化为左旋葡萄糖酮的过程中,催化剂Br?nsted酸性位点及原位移除反应生成的水分有助于提升左旋葡萄糖酮的产率,最优条件下左旋葡萄糖酮的最大产率可接近60%,开发合适的催化剂及溶剂体系有助于进一步提高左旋葡萄糖酮产率。通过酸水解作用,LGA转化为葡萄糖的产率及选择性均可达近100%,且催化剂能够长时间稳定运行,该方法提供了一个由纤维素间接生产葡萄糖的方法。最后,总结了催化剂理化特性及溶剂条件对LGA生成呋喃类和酸酯类化合物的影响规律,发现葡萄糖间接转化机制可促进LGA高效转化为此类化学品。     

酸性助水溶剂脱除木质素机理分析

系统探讨了酸性助水溶剂对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid,TSA)和马来酸(maleic acid,MA)分离桉木各组分的工艺过程,并对其中木质素脱除机理进行了研究。通过分析对比两种优化后的工艺发现：(1)两种酸性助水溶剂都可以高效脱除木质素,TSA木质素脱除率为67.94%,MA为65.14%;(2)在相同质量分数下,TSA的木质素脱除率比MA更高;(3)在温和条件下,TSA木质素的β-芳醚键含量比MA的高,随着反应条件的加剧,TSA和MA处理后木质素产品中β-芳醚键含量逐渐减少;(4)两种酸性助水溶剂处理后,纤维素保留率都较高,可保持90%以上;但是半纤维素的降解程度随着反应条件的加剧而增加;(5)酸性助水溶剂质量分数越高,在疏水表面的接触角越小,对木质素的助溶作用越明显,脱除木质素效率越高,溶液中木质素聚集体的粒径越小。综上所述,酸性助水溶剂对木质素的脱除基于润湿溶解、木质素芳醚键断裂、半纤维素降解等的综合作用。相关研究可为后续实现温和条件脱木质素工艺优化及机理提供参考。     

木质纤维素预处理技术研究现状与展望

木质纤维素是自然界中最丰富的可再生资源,可用于生产燃料乙醇、生物柴油等能源产品,也是制备化学品和造纸的主要原料。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,复杂的化学结构限制了其高效利用,故必须对其进行预处理,去除木质素、半纤维素等不可溶物质,从而使其更易被酶水解成可发酵的糖,进而提高木质纤维素的降解转化率。预处理技术可以改变木质纤维原料的内部结构和表面性质,为后续的酶解糖化创造良好条件。从物理、化学、生物、联合处理等4个方面全面综述了不同木质纤维素预处理技术的研究现状,总结了其预处理效果和优缺点,并展望了其未来的研究方向,旨在为木质纤维素生物质降解利用研究提供参考。     

深度共熔溶剂预处理木质纤维素生物质研究进展

木质纤维素生物质转化为生物燃料或化工产品一般需经历预处理、酶解及发酵过程,因其复杂的化学结构,在酶解前通常进行预处理以破坏其致密结构,提高酶与纤维素的可及性。深度共熔溶剂（DES）是一类新型的“绿色”溶剂,具有制备简单、价格低廉、性质可调、可生物降解、可循环使用等优势,可有效去除木质素组分,同时保留大部分纤维素,在生物质预处理方面具有巨大的潜力。本文介绍了DES的构成、分类及理化性质,总结了DES预处理对生物质组分的影响,并对预处理效果的影响因素如底物和DES的类型、溶剂黏度、温度、生物载量、微波及超声波辅助工艺和两阶段处理工艺等方面进行分析,探讨了DES和生物的相容性,最后针对DES存在的问题及缺点,提出了理性设计和大规模利用DES的机遇与挑战,本文可为实现生物质的低成本预处理和高价值利用提供新的思路。     

木质纤维素可再生生物质资源预处理技术的研究进展

阐述了由木质纤维素可再生生物质资源制备生物燃料乙醇对我国可持续发展的重要意义.针对木质纤维素可再生生物质资源利用的关键技术,综述了国内外对木质纤维素可再生生物质资源预处理的研究进展,并重点介绍了物理法、化学法、物理-化学法和生物法预处理木质纤维素可再生生物质资源的技术.最后对木质纤维素可再生生物质资源预处理技术和应用前景进行了展望.     

纳米纤维素用于3D打印人造耳等医用材料

正最近,德国联邦材料测试和研究所(Empa)利用木质纳米纤维素,通过3D打印技术制成移植用的人造耳朵,可以作为先天性耳廓畸形儿童的移植物。据研究人员迈克尔·豪斯曼介绍,制造人造耳朵的原料是可生物降解的木质纳米纤维素,借助生物绘图仪,具有黏性的纳米纤维素可以完美塑造复杂的构造,固化后的结构仍然非常稳定。通过对纳米纤维素水凝胶的特性的研究,进一步优化其稳定性和3D打印工艺,制成可用于移植的人造耳朵。     

应用ZnCl_2制备高得率纤维素纳米纤维的研究

采用ZnCl2水溶液处理漂白针叶浆的方法制备纤维素纳米纤维(NFs)。利用单因素实验分析了纳米纤维制备过程中预处理时间、纤维浓度、机械处理时间对纳米纤维得率的影响。确定了纳米纤维制备的最佳工艺条件为纤维浓度1.5%、ZnCl2溶解预处理时间为2.5 h、机械处理时间为25 min,得率达到75%。通过X-射线衍射(XRD)、傅里叶变化红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)分析,比较ZnCl2溶液处理对制备的纳米纤维结构和性能影响,ZnCl2溶液预处理方法制备纳米纤维的过程中,纤维晶型由纤维素Ⅰ型转化为纤维素Ⅱ型,同时官能团结构未发生明显变化,纳米纤维的平均直径约为10 nm。     

有机酸及多元醇类低共熔溶剂预处理木质纤维素研究进展

综述了一种新型绿色低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents, DES)预处理木质纤维素的研究进展。DES具有价格低廉、毒性小、易生物降解和易合成等优势,用于木质纤维素预处理可以在保留纤维素的同时,选择性去除木质素和半纤维素,极大提高后续纤维素酶解过程中的糖化率。重点介绍了有机酸和多元醇类DES预处理木质纤维素、不同DES预处理效果比较以及这两大类DES组合其他预处理等方面取得的研究进展,并对DES预处理机理及构效关系、DES循环使用、DES木质素的分离及高值化利用做了展望。     

木质纤维素复合生物质薄膜材料的功能化应用研究进展

为了解决传统石油基高分子薄膜不可降解等问题,纤维素、淀粉、壳聚糖等生物质薄膜材料因其具有绿色可降解性等优点而备受关注并展现出良好的发展前景。但生物质薄膜往往存在强度低、耐水性差等问题,限制了其进一步发展及功能化应用。本文综述了以木质纤维素作为添加剂增强生物质薄膜的力学强度、防水性、紫外屏蔽等性能的研究进展,重点探讨了不同结构性质的木质素和不同尺度的微纳米木质纤维素对生物质薄膜性能的影响,并进一步综述了木质纤维素复合生物质薄膜材料在包装材料、电极材料以及催化材料领域中的功能化应用研究进展。分析并展望了木质纤维素复合生物质薄膜在制备及功能化方面的优势、不足以及发展方向,以期为采用木质纤维素改良生物质薄膜的研究提供借鉴。