论文部分内容阅读
本文用过硫酸铵(ammonium persulfate,APS)一步氧化去半纤维素的杨木木屑,制备纳米纤维素(cellulose nanocrystal,CNC),主要研究了氧化时间对所得纳米纤维素得率的影响,同时采用多种表征技术对相应的纳米纤维素进行表征,研究氧化时间对这些物理特性的影响规律,揭示氧化过程的机理。另外,研究了制备纳米纤维素气凝胶时,超临界二氧化碳脱溶剂的最佳条件,并对所得的气凝胶进行了多方面的表征。采用傅立叶红外光谱仪(Fourier transformation infrared spectroscopy,FT-IR)、核磁共振波谱仪(Nuclear magnetic resonance,NMR)、X-射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)、原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)以及热重分析仪(Thermogravimetric analysis,TG)等仪器对纳米纤维素的组成、结构、尺寸与形貌以及热学性能进行了表征和分析。并探讨了制备纳米纤维素气凝胶超临界CO2脱溶剂的最佳条件,并采用比表面积分析仪器、扫描电子显微镜(SEM)与热重分析仪(TG)等仪器对气凝胶的结构、形貌与热学性能进行了表征与分析。主要结论如下:1、在1.5 mol/L的过硫酸铵溶液,70℃的温度条件下,氧化去半纤维素的杨木木屑制备纳米纤维素过程中,最佳反应时间为16 h;此时,纳米纤维素的得率达到57%(以原料中纤维素的质量作为基准),纳米纤维素氧化度和表面电荷分别为0.156和-42.15 m V。2、所得纳米纤维素的红外图谱表明,反应过程中APS能完全去除原料中的木质素与和残留的半纤维素;同时,纳米纤维素中部分羟基被氧化成羧基。3、CP/Mas 13CNMR图谱表明,由APS氧化法制备纳米纤维素过程中,纤维素上的C6位的羟基被氧化成羧基,说明APS氧化具有区域选择性。4、XRD图谱表明氧化制备的纳米纤维素仍属于纤维素Ⅰ型,而且纳米纤维素晶型结构以Iβ为主,随着氧化时间的增加,纳米纤维素的结晶度增加。5、从TEM与AFM图像可以看出,氧化制备的纳米纤维素均为短棒状,直径在5-45nm之间。6、研究了不同温度、压力与时间对纳米纤维素气凝胶失重率和收缩率的影响,确定了超临界CO2干燥的最佳条件:温度为40℃、压力11.04 MPa、干燥时间2 h。7、纳米纤维素气凝胶比表面积数据表明,纳米纤维素球型气凝胶中多为介孔和大孔。随着水凝胶中纳米纤维素浓度的增加,气凝胶的比表面积增加,比表面积在203~370 m2/g。8、SEM图像表明,纳米纤维素气凝胶具有三维网状立体结构。因此:过硫酸铵可以用于氧化去半纤维素的杨木原料制备得到纳米纤维素;超临界CO2干燥有望成为制备纳米纤维素气凝胶的一种方法。