纤维素纳米纤丝基水凝胶及其在废水处理中的应用进展

纤维素纳米纤丝(CNF)作为一种来源丰富的可再生纳米材料,具有优异的机械性能、高比表面积及化学可修饰性等优点,采用物理或化学交联所制备的CNF基水凝胶具有较好的机械性能和溶胀率等,在工业废水处理领域具有良好的应用前景。本文主要介绍了纯CNF水凝胶和CNF纳米复合水凝胶的相应制备方法及性能,同时也介绍了其在工业废水中对染料或重金属离子吸附方面的应用进展,最后指出了CNF基水凝胶在废水处理应用中存在的问题及未来主要研究方向。     

丙烯化改性纤维素纳米纤丝制备纳米刷复合物及其应用

利用丙烯酰氯（ACL）对纤维素纳米纤丝（CNF）进行改性,得到表面带有双键基团的丙烯酸纤维素纳米纤丝（ACL-CNF）,然后以ACL-CNF为主链,在自由基引发的条件下与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、丙烯酰胺（AM）和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）进行自由基共聚以合成毛刷状复合物（PAADAC）;采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、固态¹³C核磁共振（¹³C NMR）对ACL-CNF的结构进行表征;采用透射电子显微镜（TEM）、流变仪、旋转黏度计对PAADAC结构和性能进行系统分析,并通过模拟驱替实验验证PAADAC驱油性能。结果表明,ACL-CNF的取代度随着ACL用量增加呈先增大后减小的趋势,当ACL与CNF质量比为3∶1时,ACL-CNF取代度最大,为2.31;与PAAD（无ACL-CNF）相比,PAADAC表现出较强的黏弹稳定性、耐温抗盐性;相对于水驱,PAADAC可提高原油采收率8.83个百分点。     

pH响应性纤维素纳米纤丝/海藻酸钠基水凝胶的制备及其释药性研究

将纤维素纳米纤丝（CNF）和海藻酸钠（SA）共混,然后在CaCl2的交联作用下,制得具有pH响应性的CNF/SA水凝胶,并通过物理包裹的方式将阿司匹林（ASP）、CNF和SA三者混合均匀后,在CaCl2的交联作用下制得ASP/CNF/SA载药水凝胶,研究ASP在不同pH值环境中的缓释行为。结果表明,ASP/CNF/SA载药水凝胶的载药量为194 mg/g,包封率达49.9%,且药物分子和水凝胶都保持了很好的热稳定性。ASP/CNF/SA载药水凝胶的药物释放具有pH响应性,药物分子的释放速率随着环境pH值的升高而加快。在p H值为1.5～11.0的缓释条件下,药物的释放行为均为溶蚀作用。     

基于三元低共熔溶剂体系制备阳离子化改性纤维素纳米纤丝及其性能研究

本研究以相思阔叶木浆为原料,采用氯化胆碱-甘油-氨基胍盐酸盐三元低共熔溶剂（DES）体系对高碘酸钠氧化生成的双醛纤维素（DAC）进行阳离子化改性预处理,结合超微粉碎和高压均质处理,制备阳离子化改性纤维素纳米纤丝（CCNF）。结果表明,经过DES阳离子化改性预处理后制备的CCNF比未经过任何改性处理所制备的CNF的结晶度增加,预处理60 min时,CCNF最大结晶度为63.36%,阳离子基团的引入使Zeta电位显著增大,由-18.0 mV至53.4 mV,但DES预处理会破坏纤维的内部结构,从而使悬浮液稳定性降低。     

酸性低共熔溶剂预处理制备含木质素的纤维素纳米纤丝及其复合膜的研究

采用酸性低共熔溶剂（deep eutectic solvent,DES）预处理并结合高压均质法制备了含木质素的纤维素纳米纤丝（lignin-containing cellulose nanofibril,LCNF）,并与聚乙烯醇（PVA）共混制备了LCNF/PVA复合膜,探讨了2种酸性DES预处理的效果,分析比较了LCNF的特性及LCNF/PVA复合膜的性能。结果表明,乳酸-氯化胆碱（LC）和乙酸-氯化胆碱（AC）对半纤维素的提取率均达到78%以上,其中LC预处理后用乙醇洗涤的处理方式对木质素的提取率高达61.2%;DES预处理后,乙醇洗涤有利于木质素的分离;利用LC制备的纤维素纳米纤丝（LC-E-LCNF）的直径为50～100 nm;相较于纯PVA膜,LCNF/PVA复合膜的疏水性明显提高,应力提升至70.3 MPa,紫外屏蔽性接近100%,且具有良好的热稳定性和雾度,以及一定的保鲜性能,该复合膜有望应用于食品包装领域。     

纳米纤维素增强壳聚糖/聚乙烯醇水凝胶的制备及其性能研究

以壳聚糖(CS)与聚乙烯醇(PVA)为原料,氧化的纳米纤维素(O-CNWs)作为纳米填料和潜在的交联剂,采用瞬时凝胶法制备得到CS/PVA/O-CNWs水凝胶。氧化的纳米纤维素和制备出的水凝胶通过扫描电镜(SEM)、元素分析仪、红外光谱(FT-IR)、热重分析仪(TGA)和流变仪等先进的测试手段进行表征。结果表明:CNWs被高碘酸钠成功氧化;O-CNWs和CS成功交联形成了共价键;相比用纳米纤维素作填料的水凝胶,O-CNWs的加入提高了水凝胶734%的储能模量和581%的损耗模量,但是也相对降低了水凝胶的含水量和溶胀度;TGA分析表明O-CNWs的加入提高了水凝胶的热稳定性,初始分解温度和最大分解温度都有所提高,并且热解残余量减少。     

木质素纳米颗粒制备及其在水凝胶材料中的应用研究进展

木质素作为可再生天然芳香性高分子生物质资源受到人们越来越多的关注,对木质素高值化利用的研究在不断深入。木质素纳米颗粒（LNP）的制备与应用是实现木质素高值化利用的有效途径,木质素具有环境和生物相容性好、价格低廉且资源丰富等优点,但其固有的异质性、颗粒尺寸较大和分散性差的问题阻碍其应用,木质素纳米化可实现颗粒尺寸大小和形态的可控,LNP的比表面积和表面功能位点增加,相比原始木质素,抗氧化、抗紫外线等能力得到进一步增强,具有广泛的应用前景。本文对LNP的制备以及在水凝胶材料中的应用进行了综述,并对未来发展进行了展望。     

纤维素纳米纤丝的制备和改性研究进展

近年来,纤维素纳米纤丝(CNF)因其独特的物理化学性能受到了广泛关注。当前,CNF主要采用化学或酶处理等方法对纤维进行预处理,再通过机械法对预处理后的纤维进行机械处理而得到。随着人们环保意识的日渐增强,可回收的有机酸水解法,低共熔溶剂预处理结合机械法制备CNF等已成为CNF制备领域的研究热点。本文综述了CNF的制备和改性研究进展,总结了CNF在制备和改性过程中存在的问题。此外,讨论了不同制备方法的优缺点,并介绍了环保、高效的CNF制备方法及其最新的应用领域。     

纤维素纳米纤丝气凝胶制备及其对亚甲基蓝的吸附性能

针对印染废水中的亚甲基蓝(MB)吸附问题,以水稻秸秆纤维素纳米纤丝(CNF)悬浮液为原料,通过冻融凝胶、叔丁醇溶剂置换、液氮冷冻干燥制得CNF气凝胶,对其形态结构进行表征,并研究其对MB的吸附性能;考察了吸附剂用量、溶液pH值的影响,并利用吸附动力学和吸附等温线模型对吸附机制进行探讨分析。结果表明:叔丁醇冷冻干燥得到的CNF气凝胶内分布着大量由直径6~26 nm的蛛丝状纤丝构成的三维网络结构,其比表面积为52.25 m²/g,平均孔径为28.82 nm,是多孔材料;准二级动力学模型和Freundlich吸附等温线模型能更好地描述CNF气凝胶对MB的吸附过程,计算得到理论最大吸附量为196.08 mg/g。     

纤维素纳米纤丝对热转印纸表面性能影响的研究

本研究探讨了涂料中添加纤维素纳米纤丝（CNF）对热转印纸表面性能及转印性能的影响。结果表明,随CNF添加量的增加,涂料黏度呈现先减小后增加的变化趋势,当CNF添加量为1%时,涂料黏度比未添加CNF时降低6.30%,适量CNF添加有利于涂料组分的均匀分布;随着涂料中CNF添加量的增加, 热转印纸的平滑度、表面强度、Cobb值和转移率均表现为先增加后减小的趋势,打印油墨的干燥速度变化不大;当涂料中CNF添加量为2%时,热转印纸的转移率达最高值（85.41%）,与原纸、市售纸样及未添加CNF热转印纸相比,分别高出28.46、15.96和3.93个百分点,说明添加CNF的复合涂料能显著提高油墨的转移率。     

Preparation and Performance of Salt Tolerance and Thermal Stability Cellulose Nanofibril Hydrogels and Their Application in Drilling Engineering

The poor salt tolerance, thermal stability, and environmental performance of petrochemicals can severely limit their applications in drilling engineering. In this study, cellulose nanofibril (CNF) hydrogels with improved salt tolerance and thermal stability were prepared, and their filtration performance was evaluated. The hydrogels were prepared through the simultaneous grafting of 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPS) and butyl acrylate (BA) onto the CNF surface through ceric ammonium-nitrate-induced radical polymerization. The modified and original CNF samples were characterized using Fourier Transform infrared spectroscopy (FT-IR) and rheological measurements. The FT-IR analysis results showed that both AMPS and BA were grafted onto the CNF backbone, affirming the successful preparation of the grafted CNFs. The rheological analysis results showed that the modified CNF hydrogels exhibited significantly improved salt tolerance, thermal stability, and “salt-thickening” effect. Moreover, the results of the fluid loss test showed that the modified CNF hydrogels exhibited a much better fluid loss control than the original CNF hydrogels. In addition, after adding 2% modified CNF hydrogels as a filtrate reducer in the drilling fluids prepared with a 6% combined salt solution, the filtrate loss was significantly reduced even after aging for 72 h at 160℃.     

脱水过程中纤维素纳米纤丝微观结构的研究

本研究首先制备了不同固含量的纤维素纳米纤丝（CNF）,探究脱水程度对CNF再分散性的影响及其微观结构的变化。结果表明,由于CNF发生团聚并引起分子间/内氢键的重组,其再分散性受到影响。随脱水程度的增加,当CNF固含量由20.21%提高至41.88%时,Zeta电位迅速下降6.3 mV,其稳定性下降;当CNF固含量由2.38%提高至100%时,其透光率下降至43%,结晶度和晶粒尺寸分别提高50.31%和1.4倍,其再分散性降低。综合分析发现,CNF固含量控制在20%以下,对其微观结构和再分散性的影响较小。     

基于OCC的纤维素纳米纤丝制备及其对废纸造纸增强作用研究

采用高锰酸钾氧化预处理废旧箱纸板(OCC),使其达到微纤维分离点,结合轻微的均质处理高效获得OCC基纤维素纳米纤丝(OCNF),得率约为70%。最优条件下制备的OCNF具有良好的纳米尺寸,长径比高达313,Zeta电位-21.0 mV,结晶度为69.23%,OCNF薄膜具有良好的力学性能(应力为44.16 MPa,应变为5.82%,弹性模量为2.55 MPa)及光学性能(透光率约为60%)。添加5%OCNF所抄纸张的抗张指数、撕裂指数及耐折度分别提升了27.74%、40.97%和228.57%。同时,白水的质量也得以大幅改善,浊度、悬浮物、COD_Cr分别降低了59.10%、48.08%和42.17%。     

基于低共熔溶剂硫酸化改性的纤维素纳米纤丝的制备及性能分析

本研究以漂白杨木化学浆为原料,采用氨基磺酸与甘油基低共熔溶剂（DES）结合超微粉碎处理制备硫酸化纤维素纳米纤丝（CNF）。探讨了预处理时间（1.0、1.5 h）、氨基磺酸与纤维素的摩尔比（20∶1、15∶1、10∶1）对纸浆纤维质量和CNF性能的影响。利用纤维质量分析仪、元素分析仪和傅里叶变换红外光谱仪对DES预处理前后的纸浆纤维结构进行了分析表征。结果表明,与未经过DES预处理的纸浆相比,经过DES预处理后纸浆纤维长度显著降低,最多降低72.67%,而纸浆纤维直径有所增加,最大增加26.82%。随着预处理时间的延长和氨基磺酸用量的增加,纸浆纤维长度降低,纸浆纤维的直径增大,纸浆纤维的硫含量增加,取代度（DS）提高至0.17。使用粒度分析仪、原子力显微镜、Zeta电位检测仪、X射线衍射仪和多重光散射分析仪对制备的CNF进行分析显示,DES预处理后,CNF的平均粒径减小,平均粒径最小为40.02 nm,CNF胶体的Zeta电位在 -43.50~-18.80 mV之间,结晶度降低,最低为58.51%,CNF悬浮液的稳定性提高。     

纤维素纳米纤丝在生物质基3D打印材料中的应用研究

本文综述了近年来纤维素纳米纤丝(CNF)及其相关的复合材料用作生物质基3D打印材料在医学、纺织品、食品、导电材料、智能材料等几个热门领域中的应用研究进展,以及CNF在生物质基3D打印材料中的作用与功能.最后,对CNF作为一种多功能的纳米材料在生物质基3D打印技术中的应用前景做了展望.     

木质素/PAM黏附水凝胶传感材料的制备与性能研究

本研究以木质素和丙烯酰胺为原料,制备了具有一定机械性能及黏附性的木质素/聚丙烯酰胺复合水凝胶.结果表明,添加木质素有利于提高复合水凝胶的力学性能及黏附性能.在木质素含量1％时,复合水凝胶的拉伸应变525％,拉伸应力50kPa,韧性11.2MJ/m3,压缩应变88.7％,压缩应力97kPa,且木质素的加入使复合水凝胶的黏...