利用玉米秸秆/玉米芯制备纤维素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

纳米纤维素具有轻质、高杨氏模量、高强度、高比表面积、可再生、可生物降解等优点,可广泛应用于增强复合、可弯曲显示器、太阳能电池、生物医药材料等领域材料,具有较大的应用前景。

纤维素Ⅱ晶型可由纤维素Ⅰ晶型转化,现在大部分研究都倾向于Ⅰ晶型,对Ⅱ晶型的研究较少,但纤维素Ⅱ晶型是这几种结晶变体中热力学最稳定的形式,从技术和商业角度来看这也是非常重要的纤维素结晶形式,因此本研究致力于成功制备出纤维素Ⅱ晶型纳米纤维并比较性能,探究不同含量木素的原料进行碱液处理后发生的不同程度的团聚,以及对后续纳米化的影响。

作为纤维素提取原料的玉米秸秆和玉米芯等生物质材料简单易得,成本低廉,数量广泛,但通常被农民焚烧处理,污染环境,将这种大范围的废弃资源二次利用起来是对环境资源保护都有益的,在商业生产使用上也有经济价值。

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2. 国内外研究现状分析

迄今为止,关于纳米纤维素的研究基本上集中于纤维素I 型,很少有制备不同结晶结构的纳米纤丝的研究,以及木素含量对纳米纤维晶型转化影响的研究涉及较少;近年来,国内研究纤维素凝胶的制备与性能表征较多,但对纳米纤维Ⅱ晶型的研究还比较少见,由于全世界对新能源和环保材料的开发研究,纳米纤维素作为一种天然高分子材料倍受瞩目。

目前纳米纤维的晶型转化在木粉、竹粉、以及芦苇浆等材料有部分的研究,主要是集中在碱处理对纤维素Ⅱ晶型纳米纤维的影响及性能研究。

3. 研究的基本内容与计划

一.研究内容1)以玉米秸秆和玉米芯为原料成功制备纤维素II型纳米纤维,并对进行其机械性能、微观形态等性能测试;2)通过使用这两种不同原材料制备出不同晶型的纳米纤维素,并比较利用这两种原材料制备出的纤维素Ⅰ晶型和Ⅱ晶型的性能及区别;3)通过NaOH处理实现纤维素的晶型转化,研究讨论NaOH处理对纳米纤丝的聚集态结构、形貌变化的影响;二. 研究计划1)12月初选题,查阅文献,收集资料,明确研究方向;2)12月末确定实验题目,拟定实验方案;3)1-2月准备实验材料,进行预实验;4)3-4月正式开始试验,进行性能测定和数据分析;5)5月撰写毕业论文;6)6月修改文章并定稿,准备答辩。

4. 研究创新点

1)至今为止,关于纳米纤维素的研究基本上集中于纤维素I型,很少发现有制备不同聚集态结构的纳米纤维素的研究,本课题的目的是基于晶型转化技术制备纤维素II型纳米纤丝并比较其性能。

2)本次研究分别以玉米秸秆和玉米芯为原料采用一次研磨法制备纤维素II晶型纳米纤维,并以玉米秸秆和玉米芯为不同类型原材料制备的纳米纤维素进行性能测定和比较,进而探讨何种原材料制得的何种纳米纤维素晶型性能更佳,实现玉米秸秆和玉米芯这类大量浪费的生物资源再利用。

在制备过程采用机械一次研磨法,进一步优化了玉米秸秆和玉米芯为原料的纳米纤维素的制备工艺,在制备过程中减少化学药品的处理步骤,提高了制备效率。

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