利用生物质原料制备纤维素II晶型纳米纤维的研究开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

研究以甘蔗渣和竹粉做为原材料,旨在通过使用不同原材料制备出不同晶型的纳米纤维素,并比较不同原料制作出的纤维素I晶型和II晶型的各性能和区别,借助对其成分进行测定,利用各种仪器对纳米纤维素进行微观形貌、晶型结构、机械性能等的分析,探讨比较两种原料制备的纤维素II晶型纳米化的难易及其基本性能。

我国包括蔗渣、竹子等非木材原料资源丰富,通过对甘蔗渣和毛竹所获取的纳米纤维素的比较研究,为其今后制备具有高附加价值的纳米化产品的应用提供理论依据和指导作用。

2. 国内外研究现状分析

随着现代农业的发展,农业废弃物积累导致的环境污染和资源浪费日益凸显,全世界对新能源和环保材料的开发研究日益深入,利用农业原料制备具有高附加值的纳米纤维素意义重大;迄今为止,纳米纤维素的研究基本上集中于纤维素I 型,很少有关于不同原材料对制备的不同结晶结构的纳米纤丝的性能影响研究;国内外关于非木材原料的纳米纤维素的制备与工艺提取方法的研究以及对所获取的纳米纤维的性能表征研究较多,但对纳米纤维素为基的晶型转化和原料比较研究还较为少见;相比之下,国内研究关于甘蔗渣和毛竹的成分分离以及与其他材料的复合使用较多,而关于蔗渣和竹基材料纤维素纳米化的研究较少,且并不全面;

3. 研究的基本内容与计划

研究内容:1)基于甘蔗渣和竹粉为原材料的纤维素I的制备;2)通过NaOH处理实现纤维素的晶型转化,制备甘蔗渣及竹粉的纤维素II晶型并对其纯化及性能分析与测试;3)利用晶型转化技术制备纳米纤维素,成功制备出纳米化纤维素II晶型,测试表征CNF(纤维素纳米纤维)的结晶结构、形貌特征及力学性能。

4)利用真空抽滤技术制备纳米纤维素膜,测试膜的表征结构及力学性能。

5)通过两种不同材料制备的纤维素II晶型纳米化的难易程度与性能比较,讨论哪种材料制备所得CNF的性能更佳及其原因。

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4. 研究创新点

1)纤维素Ⅱ晶型是几种结晶变体中热力学最稳定的形式,至今大部分研究都倾向于研究纤维素I晶型,对II晶型的研究相对较少。

2)甘蔗渣、竹粉等生物质材料简单易得,成本低廉且数量广泛,通常被当作废料处理,将这种大范围的废弃资源二次利用起来是对于环境保护和资源保护都是有益,在商业生产使用上也有经济价值。

3)与普遍研究的获取甘蔗渣和竹粉的纳米纤维素不同,本研究中方法无需使用酶等特殊的溶剂将纤维素溶解,而是通过酸化预处理和NaOH溶液处理,进行晶型转化将纳米纤丝的晶型从纤维素I型转化为纤维素II型来制备。

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