机械预处理对TEMPO氧化体系的促进及纳米纤维素制备的研究开题报告

对纤维素进行预处理，降低其结晶度，提高其化学试剂的可及度，从而大大提高纤维素的利用率。预处理主要有物理，化学以及生物方法。

物理方法主要包括球磨，PFI磨，超声波处理，蒸汽爆破法等。一，在各种研磨方法中，球磨是最有效的预处理技术。此种方法比较耗能，但可以快速获得粒径小于1μm 的微粒，比较适合实验室中使用。球磨可使纤维素分子间氢键断裂、结构松散，因此通过球磨这种机械预处理，可使棉纤维的水解速率和葡萄糖的最大产率得到提高。袁丽采用湿法球磨酸处理降解木质纤维素，获得较高糖化率，整个反应过程简单，条件温和，污染较低，可应用于生物质能源的开发。二，PFI磨也可以用于纤维打浆，在润湿的状态下受到辊刀的挤压和摩擦作用，对纤维主要起到分丝帚化作用。戴路等人研究了在不同磨浆转速下纤维的特性，以提高后续TEMPO氧化纤维的反应活性。发现PFI磨预处理对氧化反应速率促进作用较小，当磨浆转速为3万转时，对氧化反应速率促进最为明显，羧基生成量最大为0.117mmol /g，此条件下经TEMPO氧化后纤维降解较少。三，超声波处理是利用声空化作用，利用崩溃时射流的冲击、崩溃激波对固体界面的损伤及高温高压时解缔纤维素分子氢键，使纤维素表面及其内部的结构收到损伤，变得松散且不完整，破坏纤维素分子间的氢键结合，减小分子间作用力，增大其表面积，降低纤维素的结晶度。周晓东等利用胺溶剂、水和超声波活化法对纤维素进行溶解，在这三种方法中，超声波活化效果最好。四，蒸汽爆破法是在一定的压力下，在150-240℃的饱和水蒸汽中经过几十秒到几十分钟的瞬间处理后，立即降至常压，使纤维素材料爆碎成渣，孔隙度增加。高温高压可以加剧纤维素内氢键的破坏和有序结构的变化，使游离羟基析出，增加纤维素的吸附能力。Kamide等利用蒸汽爆破技术处理纤维素，以提高纤维素分子内和分子间氢键的断裂程度，制取能在NaOH水溶液中以分子形式溶解的碱溶性纤维素。

化学方法主要包括酸处理，碱处理，有机溶剂溶解法等。一，由于纤维素中含有β-1，4苷健，它具有缩醛的性质，人们利用酸处理纤维素，使其苷健断裂，从而降低它的聚合度，实现纤维素的降解。稀酸处理是一种较有效的预处理方法，它广泛应用于针叶木、阔叶木、草类植物等多种纤维原料，其预处理效果较好。陈秋艳等通过改变pH值、温度、时间、浆浓以及螯合剂等条件，优化酸处理工艺，并应用于竹浆粕制备过程，比较分析酸处理前后的纤维素性能，灰分显著降低白度得到提高，浆粕质量获得改善。二，碱处理是利用碱溶液对纤维素的润胀作用，破坏纤维内的氢键作用，从而达到去结晶作用。郑明霞、李来庆等研究了氢氧化钠和氢氧化钙处理玉米秸秆纤维，结果表明碱处理使玉米秸秆中纤维素的形态结构发生了变化，部分分子间氢键断裂，酯键消失，从而提高纤维素的可及度和反应性。

戴路等研究发现NaOH /水预处理对氧化反应速率促进作用比较明显,当NaOH浓度为10%时,对氧化反应速率促进最为明显。羧基生成最大量为0.131mmol /g,此条件下经TEMPO氧化后纤维降解较少。三，有机溶剂溶解法能去除木质素，通过蒸馏等工艺回收有机溶剂，和酸碱预处理相比，它的优势在于回收过程中可获得纯度较高的木质素。戴路等采用NaOH /硫脲/尿素体系来预处理纤维，研究表明NaOH /硫脲/尿素预处理对氧化反应速率促进作用非常明显,当纤维质量分数为6%时,对氧化反应速率促进最为明显,此时羧基生成量最大为0.157mmol/g,此条件下经TEMPO氧化后纤维降解较少。

生物处理技术利用微生物所具有的分解木素的能力来除去原料或纸浆中的木素，使植物组织与纤维彼此分离。通常，使用生物酶来处理原料，它具有专一、高效和多样等特质，一种酶往往只能降解一种物质。上世纪九十年代以来，生物酶开始应用于造纸行业，发展速度很快。主要原因在于生物酶可以降低环境污染和减少能源消耗，生物酶技术应用于造纸工业生产已经取得了较为显著的经济效果和环境效益。