不同溶解体系纤维素基气凝胶的研究进展

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1、不同溶解体系纤维素基气凝胶的研究进展魏鸣张玉清刘以凡福州大学环境与资源学院福州大学福建省生物质资源化技术开发基地纤维素气凝胶具有低密度、高比表面积及高孔隙率等特性，已经在化工、建筑、造纸、材料等领域得到了广泛的应用。高效的纤维素溶剂是开发利用纤维素气凝胶的前提条件，本文介绍了一些常用的纤维素溶剂及其溶解机理;介绍了纤维素气凝胶材料的制备流程，并着重阐述丫各种纤维素气凝胶材料的最新研究进展，最后对纤维素基气凝胶材料的未来发展进行了展望。关键词：纤维素;离了液体;气凝胶;基金：W家自然科学基金资助项目（21577018）Researchprogres

2、soncelluloseaerogelswithdifferentdissolvingsystemWEIMingZHANGYu-qingLIUYi-fanAbstract：Celluloseaerogelswiththecharacteristicsoflowdensity,highspecificsurfaceareaandhighporosityhavebeenwidelyusedinthefieldsofchemicalindustry,construction,paperindustryandmaterials.Itistheeffici

3、entcellulosesolventthatistheprerequisitesofthedevelopmentandutilizationofcelluloseaerogels.Herein,somemonusedcellulosesolventsandtheirmechanismswasintroduced.Thelatestresearchprogressonvariouskindsofcelluloseaerogelswasdiscussed,presentingthepreparationprocessofcelluloseaerog

4、els.Finally，thefuturedevelopmentofcellulose-basedaerogelswasprospected.Keyword：cellulose;ionicliquid;aerogels;纤维素是自然界中最丰富的生物质原料，其本质是植物的一部分，具有安全性、生物相容性和生物可降解性等诸多优势。纤维素气凝胶，是第三代气凝胶材料，具有良好的化学稳定性、可再生性、生物相容性等优点。由于纤维素存在大量羟基，可通过氢键自缠绕形成凝胶。但是大量氢键的存在使其不易溶于一般溶剂屮。因此，高效的纤维素溶剂是开发利用纤维素材料的前提条

5、件，再利用各种纤维素溶液进行后续处理，采用不同的衍生化处理、凝胶剂和干燥方法可定制功能各异的纤维素气凝胶材料［1，2］。1纤维素溶剂1.1N-甲基吗啉-N-氧化物（NMM0）JohnsonUl于1969年发表了NMM0作为纤维素溶剂的第一项专利，此后NMM0被广泛用作纤维素非衍生化溶剂，其溶解机理如图1所示。迄今为止，NMM0溶解纤维素工艺克服诸多困难，成功实现工业化生产Lyocel1纤维和Tencel纤维，同吋NMM0回收系统采用无排放技术，99.6?f99.7%的NMM0可从凝结屮回收。通常NMM0工艺可根据纤维素水分含量和纤维素纸浆的特性，

6、可以生产高达30%左右的纤维素溶液。在大多数工业的Lyoccll工艺中，典型的组成是50%〜60%NMM0，20%〜30%H20和10%〜15%纤维素。当温度大于85°C,NMM0/H20破坏纤维素大分子间的氢键，NMM0偶极与纤维素大分子的羟基形成络合物，纤维素溶解。Zha0以1指出，当温度处于7（riOO0C之间，纤维素/XMM0混合物屮的NMM0晶体结构变成液体状。流动相NMM0可将晶体纤维素转变成无定型。微波加热可加速NMM0中纤维素的溶解，该过程显著缩短了溶解时间和能量消耗。但是，热不稳定和一些副反应（M1M0分解、纤维素降解等）会产生

7、大量的副产物，导致产品性能下降。1.2离子液体离子液体（IL）是一种在低温下（＜100°C）为液体状态的盐，具有非挥发性、化学稳定性和热稳定性、不可燃性和蒸汽压小等诸多特性。2002年，Swatloski等首次发现离子液体可在低温下溶解纤维素，为纤维素的溶解和再生开辟了新的研宄领域，如1-烯丙基_3-甲棊咪唑氯化铵（AMIMC1）可在一定温度下溶解纤维素样品，无须任何预处理，在水中凝结置换后可形成机械性能良好的纤维素膜［6］。Fukaya等［7］通过“one-pot”法合成大量一系列含有二中基磷酸酯、甲基磷酸甲酯或磷酸甲酯的烷基咪唑盐，可在温和条

8、件下溶解纤维素。为提高溶解能力，离子液体溶解纤维素的机理己被广泛研宄。0前机理的研究显示，离子液体的阴离子和纤维素羟基的相互作用起重要作