Determination of surface area and pore volume of holocellulose and chemically modified wood flour using the nitrogen adsorption technique

Very low surface area (ca. 0.5 m²/g) and a low pore volume (ca. 0.002 cm³/g) have been obtained for oven dried wood, using the nitrogen adsorption technique. The microporous structure of wood flour was partially preserved by the solvent exchange drying (SED) employed in this study, in particular when toluene was used as a final solvent. However, the resulted surface area (ca. 6 m²/g) and a pore volume values (ca. 0.015 cm³/g) indicated that such a structure is in no way representative of a fully swollen cell wall. By using solvent exchange drying (SED), it is possible to preserve the swollen pore structure of holocellulose samples. However, with samples which contain significant amounts of lignin, such as native wood, it is not possible to prevent re-collapse of the pores. This problem arises because as micropore swelling occurs, the surrounding lignin network of the cell wall is stretched. When the molecules occupying the micropores are removed, the lignin returns to its original configuration, re-collapsing the micropores in the process. Chemical modification resulted in significant reduction in surface area and pore volume, possibly a result of pore blocking by the large acyl group.

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Bestimmen der inneren Oberfläche und des Porenvolumens von Holocellulose und chemisch modifiziertem Holzmehl mit Hilfe der Sickstoffadsorptions-Methode

Zusammenfassung Sehr geringe Oberflächenanteile (ca. 0,5 m²/g) und Porenvolumina (ca. 0,002 cm³/g) wurden in ofengetrocknetem Holz mit Hilfe der Stickstoffadsorptios-Methode gefunden. Die Mikroporenstruktur in Holzmehl blieb nach Trocknen durch Lösemittelaustausch (SED) teilweise erhalten, insbesondere, wenn Toluol als letztes Lösemittel verwendet wurde. Allerdings zeigen die gemessenen Oberflächen (ca. 6 m²/g) und Volumina (ca. 0,015 cm³/g), daß solche Strukturen keineswegs den Verhältnissen in der gequollenen Holzzellwand entsprechen. Bei Holocellulosen kann die Porenstruktur des gequollenen Zustands nach Lösemittelaustausch erhalten werden. In Proben, die beträchtliche Mengen an Lignin enthalten, wie ursprüngliches Holz, ist es jedoch nicht möglich, den Kollaps der Poren zu verhindern. Das Problem ergibt sich dadurch, daß aufgrund des Quellens der Mikroporen das umgebende Lignin-Netzwerk der Zellwand gestreckt wird. Wenn die Lösemittel-Moleküle in den Mikroporen durch Trocknen entfernt werden, kehrt das Lignin in die ursprüngliche Konfiguraton zurück und verschließt so die Mikroporen wieder. Chemische Modifizierung hatte eine beträchtliche Verringerung der Flächen und Volumina zur Folge, womöglich durch Blockieren der Poren durch die großen Acetylgruppen.