1. 研究目的与意义
木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，其主要由纤维素、半纤维素和木质素之间相互联接形成，具有复杂的网络结构。目前利用木质纤维素创造的高附加值产品已广泛用于纺织、造纸、医药、环保、建筑材料及石油化工等领域。然而，由于木质纤维素的各组分的结构特征以及组分间相互连接较复杂，更多的研究是将木质纤维素分离为单组分制备纤维素基或是木质素基产品。而分离纤维素或提取木质素不仅工艺复杂而且成本十分高昂，耗时过长，这些因素限制了木质纤维素在生物质能源或生物质材料方面的有效利用。木质纤维素基材料的制备以及应用大多建立在溶解的基础上，而木质纤维中木质素的网状结构及其与碳水化合物复杂链接使得木质纤维素较难同时溶解于普通溶剂，因此，寻找能高效溶解木质纤维全组分的绿色溶剂显得尤为重要。
本项目以可再生资源木质纤维素的全组分综合高效利用为目的，通过研究不同木质素含量的木质纤维素经碱强化润胀处理，结合机械挤压揉搓纤维束机械处理溶解于碱尿体系时的溶解状态，评价预处理工艺的作用机理，优化工艺，最终实现木质纤维素的全组分溶解。
2. 国内外研究现状分析
目前国内外对木质纤维素溶剂的开发研究，绝大多数聚焦于分离得到的纯纤维素溶剂体系的开发。除了传统的纤维素溶剂体系，近几十年来已发现各种溶解纤维素的溶剂体系。武汉大学张俐娜团队开发了一系列碱/尿素和NaOH/硫脲水体系溶剂，它们经低温预冷（-12～-5℃）后能够在2min内快速溶解纤维素，但该溶解体系只能溶解DP低于740的纤维素。氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺（LiCl/DMAc）体系在150℃时可快速溶解纤维素，但该体系是无法完全溶解含有一定量木质素的木质纤维素。绿色溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)在温度高于85℃时可破坏纤维素分子间氢键，偶极N O-与纤维素羟基作用形成络合物而溶解纤维素。然而，上述溶剂体系都只是针对纯的纤维素溶解而言，对于含有少量木质素的大多都是无法溶解的。与纯的纤维素相比，木质纤维素因其含有木质素而更难溶解。目前部分研究者已开始研究可溶解含木质素的木质纤维素原料溶剂体系，但大多数的都需经过酸处理降低DP，或者经过球磨处理，在工业上，这些方式花费的成本较高。
有研究发现，在碱脲体系中加入一定的LiOH有助于木质纤维的溶解，就溶解能力而言LiOH/UreaNaOH/UreaKOH/Urea。这三种不同强度的碱溶液可以相互配合使用，以降低成本，增加溶解效果。虽然大多数时候溶剂都无法直接全溶解木质纤维，但是已经有文献显示经过甘油预处理润胀再经过机械螺旋挤压的方法能使木质纤维素之间的醚化学键断裂以及纤维素之间的氢键断裂，从而使一定的纤维素暴露出来，这利于后续的溶解工作。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容：1）通过探究碱强化润胀木质纤维素原料时的温度、时间和液比等因素对木质纤维素微观结构形态以及溶解状态的影响，明确碱强化润胀处理在整个溶解过程中的作用。
2）分析木质纤维素原料在不同机械挤压次数的影响，研究机械挤压对纤维形态的影响，明确机械挤压处理在溶解过程中的关键作用。
3）表征经预处理后的木质纤维原料的纤维晶型、纤维结构形态以及溶解速度，分子量分布，评价其对溶解性能的影响，探究预处理体系的作用机理。
4. 研究创新点
（1）碱处理含有一定木素含量的木质纤维再经机械处理，再用碱脲体系溶解的方法，国内外文献未见报道；
（2）碱和尿素都十分便宜，碱脲体系是一种绿色、低成本的处理手段，一旦成功，将具有较大的经济效益。
