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时间:2018-11-08
《纳米微晶纤维素诱导制备纳米二氧化锡及其性能分析》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、万方数据天津科技大学硕士学位论文1前言1.1纳米微晶纤维素1.1.1纳米微晶纤维素简介纳米微晶纤维素(CelluloseNanocrystals,CNC)由纤维素制备得到,其不仅拥有天然纤维素的特性,而且由于其具有独特的纳米尺寸效应,导致其获得了新的纳米材料特性,包括较高的表面积,较高的表面活性,较强的吸附性等特性,因而使其具有一个更广泛的应用领域。相较于其他材料,其不以化石燃料为原料,因此CNC是完全可再生的材料【¨。其在制备过程中,非晶区的纤维素分子密度较小,分子链取向杂乱导致其无定型区被破坏,而结晶区纤维素分子密度较大,分子链取向良好,因而导致其微晶区没有发生变化,结晶区的
2、保留导致相较于天然纤维素,其拥有较高的结晶度,进而形成了棒状纳米纤维素【11。如图1.1所示。棒状的CNC具有纳米颗粒所具有的特性,如较大的比表面积、较强的吸附能力和较高的反应活性。图1—1纳米微晶纤维素来源于不同的纤维素水解的TEM图[2-41(a)被囊类动物、(1))细菌、(c)苎麻、(_d)剑麻Fig.1—1TEMimagesofdrieddispersionofcellulosenanocrystalsderivedfrom(a)tunicate[2I,(b)bacterial[21,(c)ramie[31,and(d)sisalt411.1.2CNC的制备制各CNC的原
3、料主要由微晶纤维素(MicrocrystallineCellulose,MCC)、植物或动物纤维、以及细菌纤维等组成。目前常用化学法、物理法和生物细菌法制备CNC。表1.1为通过以针叶木、棉花、细菌纤维素、被囊动物、海藻和剑麻原料制备的CNC的长度和直径[51。万方数据1前言表1.1不同原料来源制备得到CNC的尺寸Table1-iDimensionsofNanocrystallineCellulosefromVariousSources1.】.2.1化学法制备CNC化学法制备CNC主要分为为酸水解法和酶水解法。酸水解可导致纤维素聚合度(DP)大幅度下降,因而随着水解时间的延长,纤
4、维素聚合度逐渐减小,从而得到纳米微晶纤维素。CNC酸水解法所用的酸包括硫酸、盐酸等,而硫酸为最常用酸。上世纪50年代,Nickerson和Habrlel6】利用HCI和H2S04的混合的方法对木材纤维素进行酸水解,从而得到了CNC悬浮液。1952年,Ranby和Battista等人[71第一次利用硫酸水解方法,得到了具有胶体尺寸的CNC悬浮液。1997年Gray[8】等人采用硫酸水解法,以棉花、木浆等原料,分别制备出具有不同性质的CNC,并对CNC的制各条件进行了优化。2006年Bondeson等【9'101对使用硫酸水解挪威云杉,用以制备纳米微晶纤维素的条件进行了工艺研究。纤维
5、素在水解过程中,非结晶区先于结晶区降解,原因在于结晶区结构致密、分子间结合力强,导致其不易被降解;而纤维素的无定形区由于其分子结构特性,因而较易与酸发生作用;在强酸条件下,纤维素糖苷键受氢离子作用,导致有缺陷区域的无定形区快速被降解成低聚糖。其后继续作用于结晶区,导致纤维素的聚合度进一步下降,但此时下降幅度较小,生成较为规整的棒状CNC,图1.2为酸水解制备CNC的示意图。∥,”9、h—一IndividualnanocrystalsIndividualcellulosepolymerregion图1-2酸水解纤维素制备纳米微晶纤维素Fig.1-2Nanocrystalcellul
6、osepreparedbyacidhydrolysismethod万方数据天津科技大学硕士学位论文通过酶水解法制备CNC,一般采用具有选择性的纤维素水解酶来除去纤维素无定型区,剩余的结晶区即为CNC。酶水解会导致纤维素发生切断作用以及细纤维化[Ill,从而使其分子链发生断裂,导致其聚合度大幅度下降。NorikoHayashi等人【12】采用酶水解的方法,以刚毛藻类为原料,制备得到CNC:蒋玲玲等人[13】利用纤维素酶,以棉纤维为原料,也制备得到CNC,其粒径范围保持在2.5~10.0nm,大多微粒呈球状。酶水解制备CNC具有环保节能、专一性高、工艺条件温和等优势,因而具有较高的研
7、究价值。但酶水解制备CNC也有一定缺点,如反应过程逐步进行,纤维素外切酶作用的加强,导致其不仅对纤维素的无定形区产生影响,甚至会影响纤维素的结晶区【141;其中间产物纤维二糖不但不利于反应的进行【15j6],而且减缓酶解速率。1.1.2.2物理法制备CNC目前常见的物理方法是高压匀质机处理,其原理为利用瞬间高压剪切,从而将纤维素晶体打碎,由于该过程可反复进行,进而可制备理想尺寸的纤维素。由于植物纤维细胞实际是由许多根纳米纤维构成,因而,可以采用较强的机械作用把一根根纤维分离断裂制
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