Безпосереднє отримання целюлозних нановолокон з бамбука азотною кислотою та перекисом водню

Цзіньлун Ван

2 Ключова лабораторія з чистого виробництва целюлози та паперу та контролю забруднення, м. Наннін, 530004, Китай

Сюшен Лі

2 Ключова лабораторія з чистого виробництва целюлози та паперу та контролю забруднення, м. Наннін, 530004, Китай

Пісня Цзяньсяо

2 Ключова лабораторія з чистого виробництва целюлози та паперу та контролю забруднення, м. Наннін, 530004, Китай

Кунце Ву

2 Ключова лабораторія з чистого виробництва целюлози та паперу та контролю забруднення, м. Наннін, 530004, Китай

Ічунь Сюе

2 Ключова лабораторія з чистого виробництва целюлози та паперу та контролю забруднення, м. Наннін, 530004, Китай

Йітінг Ву

2 Ключова лабораторія з чистої целюлозно-паперової промисловості та контролю забруднення, м. Наньнін, 530004, Китай

Шуанфей Ван

Пов’язані дані

Анотація

Розділити волокна, деконструювати як міжшарові структури, так і структури міжмікробриблів у клітинній стінці, розщепити аморфні ділянки целюлози (все це досягається за допомогою однієї ванни за допомогою хімічної допомоги), а потім витягти з біомаси нановолокна целюлози (CNF). та імператив. Тут продемонстровано просту, економічно вигідну та екологічну стратегію вилучення CNF з бамбука з використанням азотної кислоти та перекису водню (NCHP), щоб забезпечити фібриляцію за допомогою кооперативного механізму. NCHP-CNF шириною 13,1 ± 2,0 нм, з високим співвідношенням сторін, 74% кристалічністю, чудовою стійкістю до ультрафіолетового випромінювання та високою термостійкістю, були успішно екстраговані обробкою у водному розчині HNO3, у концентрації 3,2 моль/л, та обробкою 60,00 ммоль/г H2O2 при 50 ° C протягом 48 год. Виходи NCHP-CNF досягли 73% та 99% на основі біомаси та целюлози відповідно, завдяки високій селіктивності делігніфікації OH + та м'яким водним станам під час обробки NCHP. Ці NCHP-CNF з чудовою стійкістю до ультрафіолетового випромінювання потенційно можуть бути застосовані в області УФ-стійких покриттів для заміни органічних та неорганічних матеріалів.

1. Вступ

Нановолокна целюлози (CNF) мають чудові властивості, такі як надзвичайно великі питомі поверхні, високі модулі Юнга, висока питома міцність, низька щільність та низькі коефіцієнти теплового розширення, і, отже, дослідження та розробка CNF ведеться як промисловістю, так і науковими колами [1]. Потенційне застосування CNF включає очищення води [2,3], нанопапір [4], аерогелі [5], газозахисні плівки [6], фармацевтичні препарати [7,8] та інші високоефективні та високотехнологічні наноматеріали.

Целюлоза - це природна лінійна макромолекула, що складається з 300–15 000 одиниць D-глюкози, пов’язаних за допомогою β-1,4-глікозидних зв’язків [9]. Завдяки своїй молекулярній масі та міжклітинним водневим зв’язкам (три гідроксильні групи на одиницю глюкози), целюлозні ланцюги легко агрегуються в пучки. Як правило, 30–40 целюлозних ланцюгів об’єднуються у повністю окремі первинні мікрофібрили шириною 3–4 нм із кристалічними та аморфними областями. Мікрофібрили шириною 10–20 нм складаються з кількох-десятків первинних мікрофібрил. Мікроволокна вбудовані в матрицю, що складається з лігніну та геміцелюлози, а клітинні стінки зібрані за допомогою унікальних ієрархічних структур за допомогою міжмікрофібрильних водневих зв’язків та когезії, утворюючи тверді структури в біомасі [10]. ХНВ, як правило, видобуваються з біомаси за допомогою хімічних процесів механічної обробки. Повторні механічні обробки, такі як гомогенізація, обробка ультразвуком та мікрофлюїдизація, часто потрібні для розщеплення міжфібрилярних водневих зв’язків, щоб забезпечити фібриляцію, і ці процеси споживають велику кількість енергії, що робить їх надмірно дорогими для комерційних застосувань [9].