酶解竹子溶解浆制备纳米微晶纤维素的研究

纳米微晶纤维素(NCC)可由可再生资源制备,并且具有诸多特性,近年来成为研究热点。本文应用PFI磨对竹子溶解浆预处理,用纤维素酶水解制备纳米微晶纤维素,研究了酶解时间、酶解温度、酶用量对纳米微晶纤维素产率的影响,采用正交实验优化了工艺参数。并用高效液相色谱仪、马尔文激光粒度仪对水解液及NCC进行表征。结果表明:在酶用量2.736FPU/g、酶解时间3d、酶解温度50℃的条件下,纳米微晶纤维素的产率最高,达到19.13%;高效液相色谱分析表明水解液主要成分为葡萄糖,占总还原糖含量的71.06%,其次为纤维二糖12.39%,木糖7.68%;激光粒度分析表明NCC的Z均粒径为375.5nm。     

纤维素酶预处理漂白针叶木浆的工艺优化研究

机械法制备纳米纤维素前增加酶预处理工艺,不仅可以大幅度降低机械能耗,而且制备出的产品尺寸分布更均匀。采用纤维素酶预处理结合机械法对漂白针叶木纤维原料进行处理,利用单因素实验法和响应面实验法,研究酶预处理对PFI磨后纤维形态和形貌等性能影响的一般规律,探讨条件因素间的交互作用对响应值的影响显著性,根据各因素对响应值影响显著性进行排序,并给出优化结果。单因素实验结果表明,酶解时间90 min、酶解温度55℃、酶用量150 mg/kg、酶解环境pH值8.5,为最佳酶预处理条件。应用响应面法建立模型并对工艺参数进行优化的结果表明,酶解时间90 min、酶解温度48℃、酶用量150 mg/kg、酶解环境pH值7.5,为优化结果;模型预测纤维平均长度为1.835 mm,验证实验纤维平均长度为1.817 mm;酶用量与酶解时间、酶用量与酶解温度、酶解时间与酶解温度交互作用对响应值影响显著;条件因素对响应值影响显著性排序为：酶用量>酶解时间≈酶解温度>酶解环境pH值。     

纤维素酶制备香蕉皮纳米纤维素的工艺条件研究

采用纤维素酶法制备香蕉皮纳米纤维素。研究酶解时间、纤维素酶浓度、酶解温度3个因素对香蕉皮纳米纤维素产率的影响,通过响应曲面分析方法优化其酶解工艺,得到纤维素酶法制备香蕉皮纳米纤维素的最佳合适的工艺条件。结果表明:最佳条件为温度60℃,酶浓度200μ/mL,酶解时间180min,产率为53.08%。     

差异预处理对竹浆纤维分散性能的影响行为研究

纸浆纤维的分散性能直接影响机械法均质制备纳米纤维素的效率。本研究分析了生物酶解预处理、TEMPO氧化预处理和PFI磨浆预处理对竹浆纤维分散性能的影响。通过表征预处理纤维的表面形态和表面电荷,探讨了引起竹浆纤维分散性能差异的原因。结果表明,TEMPO氧化预处理和PFI磨浆预处理的竹浆纤维分散性好,生物酶解预处理的竹浆纤维分散性差;PFI磨浆预处理的纤维表面分丝帚化好;TEMPO氧化预处理的纤维具有较高的羧基含量和Zeta电位绝对值;0.5%CMC分散剂可以显著提高生物酶解预处理纤维的分散性。     

酸酶法制备纳米豆渣纤维素

以富含纤维素的豆渣为原料,采用酸预处理粉碎后的豆渣,预处理条件为3 mol/L的HCl,水解温度100℃,水解时间120 min,HCl溶液添加量与原料比值为50∶1(mL∶g)。以酸预处理干燥后得到的样品作为纤维素酶水解的原料,通过单因素和正交实验,获得制备纳米纤维素的最佳酶解条件:酶用量3 000U/g,pH5.0,温度55℃,时间6 h,液料比20 mL/g。通过扫描电镜和透射电镜检测,制备出的纳米豆渣纤维素呈微球状,粒度为15～50nm。     

漂白竹浆板制备纳米纤维素晶体及其表征

以漂白混合竹浆板为原料,采用碱预处理竹浆后,再采用磁力搅拌辅助硫酸水解并结合超声波的方法制备纳米纤维素晶体（NCC）,竹浆∶硫酸为1∶31（固液比）,探讨硫酸浓度、硫酸水解时间和反应温度对竹浆NCC制备的影响;并利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）和热重分析仪（TGA）对制得的竹浆NCC进行表征。结果表明,磁力搅拌辅助硫酸水解并结合超声波方法制备竹浆NCC的最佳工艺条件为：硫酸浓度65%、反应温度45℃、处理时间45 min,该条件下制得的竹浆NCC粒径小且分布均匀,其结晶结构具有从纤维素Ⅱ型转变成纤维素IV_Ⅱ型的趋势;与竹浆纤维素相比,竹浆NCC吸水能力增强,可及度增加,热稳定性提高。     

酶解辅助高压均质制备纳米纤维素及其性质表征

本研究以微晶纤维素为原料,经过超微粉碎预处理后,通过酶解辅助高压均质的方法制备纳米纤维素,研究纳米纤维素的结构和理化性质,并通过扫描电镜、透射电镜、红外光谱、X-射线衍射和热失重分析对纳米纤维素进行表征。结果表明,超微粉碎前处理能使微晶纤维素颗粒大小形状趋于均一化;所制备的纳米纤维素呈束状结构,颗粒直径为15~40 nm;纳米纤维素在制备过程中纤维素结构未遭到破坏;纳米纤维素的结晶度为58.1%,仍属于纤维素Ⅰ型;纳米纤维素的起始热分解温度比微晶纤维素的分解温度低,当温度达到500℃时,纳米纤维素的热失重率为82.9%。因此通过酶解辅助高压均质制备的纳米纤维素有望在可降解复合材料中得到应用。     

纳米纤维素晶体的性能研究

竹子溶解浆经植物粉碎机预处理,再用硫酸水解制备纳米纤维素晶体(NCC)。利用马尔文激光粒度仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TGA)对原料及纳米纤维素晶体的尺寸、形貌、晶体特性、结构和热性能进行表征。结果表明:NCC的Z均粒径为128.7nm;竹浆经机械粉碎部分纤维长链被切断;由TEM图观察可知NCC为棒状,直径5~10nm,长度100~200nm;竹浆及NCC属于纤维素Ⅰ型,结晶度由竹浆的64.27%提高到72.04%;FTIR图谱表明竹浆与NCC化学结构基本一致;TGA分析表明NCC的热稳定性低于竹浆,但NCC的降解速率较竹浆缓慢,并且NCC的热解残余率增大。     

多种酶法处理提高马铃薯回生抗性淀粉制备率

以马铃薯淀粉为原料,以抗性淀粉制备产率为考察指标,研究α–淀粉酶、糖化酶和纤维素酶种类、酶加量、酶解时间、酶解温度、酶解pH、多种酶最佳配比及酶解顺序对RS3型抗性淀粉制备产率影响。固定条件:淀粉乳10%,高压温度120℃,高压时间30min,老化温度4℃,老化时间12h,糖化酶单独处理制备马铃薯回生抗性淀粉最佳酶解工艺条件为:糖化酶加量为1,200U/mL,酶解时间为60min,pH为5.0,酶解温度为55℃,制备产率达8.862%;纤维素酶单独处理制备马铃薯回生抗性淀粉最佳酶解工艺条件为:纤维素酶加量为40U/mL,酶解时间为45min,pH为5.0,酶解温度为35℃,制备产率达17.748%。α–淀粉酶、糖化酶和纤维素酶两两联合处理、三种酶共同处理均使马铃薯回生抗性淀粉制备产率降低;而纤维素酶处理可大大提高马铃薯回生抗性淀粉制备产率。RS3制备过程系为通过破坏纤维素等阻隔淀粉分子聚集的非淀粉物质提高制备产率,比将淀粉分子分解从颗粒结构中释放出以提高RS3制备产率更为有效。     

弱碱性亚硫酸盐法预处理蔗渣的研究

为获得较高的还原糖转化率,用正交实验和单因素实验优化了弱碱性亚硫酸盐预处理蔗渣的工艺条件并将预处理后的蔗渣进行高浓磨浆后再进行酶解处理,采用X射线衍射、红外光谱和扫描电镜对比了蔗渣原料纤维、预处理后和酶解后蔗渣纤维的结晶度和形态的变化.结果表明,在NaOH用量1.5％(化学品用量对蔗渣绝干质量而言)、Na2SO3用量10％、液比1∶5、蒸煮最高温度160℃、升温时间1h、保温时间1h的预处理条件下,酶解后的蔗渣还原糖转化率较高,为61.1％(对蔗渣原料).预处理后蔗渣纤维素的结晶度由预处理前的57.1％变为63.3％;酶解后蔗渣纤维素的结晶度由预处理后的63.3％变为55.6％.蔗渣纤维经预处理后和酶解后,各晶面的晶体尺寸增大.红外光谱分析表明,预处理后和酶解后的蔗渣纤维在1037 cm-1处出现了磺酸基的特征峰,说明预处理后蔗渣纤维的部分木素被磺化.预处理后蔗渣纤维表面形成许多微孔,暴露出大量的细小纤维,纤维比表面积增大;酶解后,蔗渣纤维的结构被破坏,有大量的残余块状木素.     

超声波辅助酸法制备纳米薯渣纤维素的工艺研究

为了提高甘薯加工副产品的高值化利用,以甘薯渣纤维素为原料,应用超声波辅助酸法制备纳米薯渣纤维素。通过对超声波功率、酸体积分数、酸解温度和酸解时间4个影响因素进行单因素及正交试验,获得了纳米薯渣纤维素的最佳制备条件,并通过透射电镜和X-射线衍射对其进行进一步的分析。结果表明:纳米薯渣纤维素制备的最佳工艺参数为超声波功率120 W、酸体积分数65%、酸解温度55℃、酸解时间120 min,此条件下纳米薯渣纤维素的产率为42.85%;纳米薯渣纤维素的形态表现为不规则球状,粒径在20～40 nm范围内,并且其仍具有纤维素的晶型,结晶度有明显的提高。     

酶预处理对纤维打浆性能的影响

采用纤维素酶对漂白阔叶木浆进行预处理,研究了酶预处理工艺对纤维形态和打浆能耗的影响,并进一步分析浆料通过PFI磨打浆后的纤维形态变化,为酶预处理漂白阔叶木浆制备纤维素微纤丝(CMF)提供理论指导。结果表明,酶预处理并没有明显改变纤维形态,但经PFI磨打浆后的纤维更易被切断和分丝帚化,纤维润胀程度得以提高,且当酶用量8 U/g,打浆度达到50°SR和68°SR时,浆料的扭结纤维含量相比未经酶预处理的对照样分别减少了17. 2个百分点和16. 2个百分点,细小纤维含量分别增加了20. 8个百分点和17. 6个百分点;此外,酶预处理能显著降低磨浆能耗。当酶用量8 U/g时,打浆度达到50°SR和68°SR时,打浆能耗相比未添加酶的对照样分别节省了50%和33. 3%。     

球磨辅助固体酸水解制备纳米微晶纤维素

采用球磨辅助固体酸水解法制备了纤维素纳米微晶,对球磨条件及酸水解条件进行了系统研究,同时对所得纤维素纳米微晶进行了性能表征。结果表明,采用机械力化学-球磨预处理可活化纤维素原料;采用草酸对球磨预活化后的纤维素原料水解提取纤维素纳米微晶,发现球磨处理2. 5 h后,采用70%的草酸在90℃下水解5 h,得到的纤维素纳米微晶尺寸在200～300 nm,产率在61%左右;此外,草酸可通过简单方法进行回收,回收的草酸可继续用于水解制备纤维素纳米微晶。     

亚硫酸铵预处理提高麦草备料废渣的酶水解效率

为高效经济利用制浆厂的备料废渣,研究了亚硫酸铵预处理对麦草备料废渣主要化学成分及酶水解糖化效率的影响。结果表明,原料的木素脱除率随预处理温度升高和亚硫酸铵用量增加而提高,半纤维素的降解受温度影响较大,纤维素在预处理中几乎没有降解。在本研究范围内,随着预处理强度的增大,碳水化合物的酶水解糖转化率先上升后下降,相比于提高温度,增加亚硫酸铵用量对提高酶水解效率的影响更为显著。麦草备料废渣在165℃下用16%亚硫酸铵预处理,经PFI磨磨浆得到的底物,其酶水解(以聚葡萄糖为基准的酶用量为40 FPU/g)聚葡萄糖和聚木糖转化率分别为88.9%和44.9%,总糖转化率为67.0%。     

竹纳米纤维素的“一锅法”绿色制备

提出了一种简单、绿色的竹纳米纤维素(NCC)的制备方法,并将其用于明胶性能的增强。分析了反应时间、反应温度和超声作用对NCC得率和性能的影响,采用FTIR、TEM、XRD、TGA、万能材料试验机对NCC的结构、形貌、谱学性质、晶体性能以及纳米复合纤维膜的力学性能进行表征。结果表明,反应温度为110℃、反应时间为60 min、超声功率600 W条件下,NCC得率达到90%;TEM显示纳米纤维素的直径在10～40 nm,长度为400～700 nm; XRD分析显示NCC为纤维素Ι型,结晶度78.31%。当NCC含量1%时,纳米复合纤维膜的断裂强力(9.57 N)和断裂伸长率(34.87%)达到最大。     

纤维素纳米化处理技术研究现状

纳米纤维素因具有可再生、易改性以及优异的机械性能,在众多领域具有广阔的应用前景。植物来源的纳米纤维素主要包括纤维素纳米晶体和纤维素纳米纤维,本文主要介绍了以农副产品为原料的纤维素纳米化处理技术及其分类,包括制备纤维素纳米晶体的经典无机酸水解法以及有机酸水解法、低共熔溶剂法和离子液体法等新型制备方法。此外,还介绍了制备纤维素纳米纤维常用的预处理手段和制备方法,预处理方法包括以2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基氧化为代表的氧化法预处理以及酶法预处理;制备方法包括高压均质、精细研磨、高强度超声和高压微射流等技术。最后,对现行纤维素纳米化处理技术中存在的问题进行综合分析,并探讨了其未来研究需求,以期为纳米纤维素的绿色高效生产提供理论参考。     

超声辅助碱预处理秸秆的接枝改性

以秸秆作为原材料,采用超声辅助氢氧化钠预处理的方法,利用丙烯酸和丙烯酰胺作为单体,通过接枝反应制备改性木质纤维素材料。实验过程中研究了超声时间、碱液预处理时间、接枝反应温度、引发剂用量、交联剂用量5个因素对改性秸秆接枝产率的影响,最后使用扫描电镜(SEM)及红外光谱(FTIR)验证了秸秆表面发生了接枝反应。实验结果表明,预处理程度越大,秸秆接枝产率越高,接枝反应的最佳反应条件为:反应温度70℃,引发剂用量0.9 g,交联剂用量1g。     

脱脂棉纳米微晶纤维素的制备及其作为海藻酸盐-淀粉复合薄膜增强剂的应用

探究了纳米微晶纤维素对海藻酸盐-淀粉复合薄膜的增强效果。以脱脂棉为原料,采用化学预处理结合超声破碎法制备纳米微晶纤维素(NCC);以马铃薯淀粉与海藻酸钠为成膜基材,以甘油为增塑剂,将NCC作为增强组分,通过流延法制备复合薄膜。微观形貌观察表明,脱脂棉NCC呈棒状,直径30 nm左右,长径比约为8;对复合膜的机械性能、阻隔性能、光学性能、水溶性、热稳定性和红外光谱检测表明,当NCC的添加量为5%(w/w)时,可以有效提高复合膜的拉伸强度、水溶时间和热稳定性,降低复合膜的透湿系数,而对复合膜的透光性影响不大。     

碱预处理对慈竹机械浆酶解的影响

以慈竹机械浆为研究对象,分别采用NaOH和NaOH加H2O2两种方法对原料进行预处理,考察预处理条件对酶解还原糖产率的影响。得到NaOH最佳预处理条件为:预处理温度90℃、固液比1∶5g/mL、时间2h、NaOH用量12%(g/g绝干)。在此最佳条件下,慈竹机械浆半纤维素保留率为87.92%、纤维素保留率为90.29%、木质素脱除率为43.24%;在pH4.8、加酶量20FPU/g预处理后底物、反应温度50℃的条件下酶解24h,还原糖产率为30.36%。扫描电镜观察显示,经碱性预处理过的慈竹机械浆变得粗糙而多孔,增加了纤维素酶的吸附位点,酶解速率加快。     

纳米微晶纤维/聚乙烯醇复合薄膜的制备及性能

采用蔗渣为原料制备出粒径大小为20～50nm的纳米微晶纤维素(NCC),并用溶胶/凝胶方法制备出不同NCC含量的纳米微晶纤维素/聚乙烯醇(NCC/PVA)复合薄膜,重点研究了NCC加入量对复合薄膜综合性能的影响。结果表明,NCC的加入能使薄膜的热稳定性有所提高,当NCC的添加量在0.5%时,聚乙烯醇薄膜的拉伸强度提高了115%,吸水性降低了12.0%,断裂伸长率减少了68%。