纳米纤维素/碱木素/葡甘露聚糖复合凝胶的制备与表征开题报告

1. 研究目的与意义

木质纤维素是由纤维素、木质素、半纤维素三者构成的有机整体。纤维素是植物细胞壁的主要成分，是自然界中分布最广的多糖，其在医药、生物、造纸等领域有着广泛的应用，而纳米纤维素其具有比表面积大，高分散性，生物相容性好、拉伸强度高、透明度高等优点，成为近年研究的重点。半纤维素是植物细胞壁的第二多糖成分，通常应用于制备食品增稠剂、稳定剂、造纸助剂等。人为分离三素时，木质素通常直接被废弃，相对而言，木质素并没有得到高效的利用。本研究致力于人为地将三素组合起来，组装成一种可调控的、多尺寸的复合凝胶，从而提高木质素的利用率，人为地构造出类lcc键，表征复合材料的性能，并探索其应用。

由于石油、煤炭资源的日益缺乏和开发相关的化学产品带来的一系列环境问题，人们开始转移到其他可代替资源的研究和开发上。近年来，由于生物质能源是一种非常有潜力的可再生能源，受到了人们的重视。生物质是指可再生或可循环的有机物质，包括所有的动物、植物、微生物，以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物质^[1]。生物质资源占世界能源消耗的14%，是继化石能源煤、石油和天然气之后的第四大能源^[2]。而现在直接燃烧是生物质利用最简单的方式，这种方式能源的利用率低而且资源浪费严重。生物质资源的开发与利用是将生物质原料转化为高附加值的能源、材料、化学品^[3]。因此，有效地将生物质资源转化成可降解聚合物，对实现工农业可持续健康发展具有重要意义。

纤维素是植物细胞壁的主要成分，自然界中棉花的纤维素含量最高，达90%以上，木材中为40%~50%。此外。麻、稻草、麦秆、竹材等也是纤维素的丰富来源。

2. 国内外研究现状分析

纤维素是自然界中最吩咐的天然高分子聚合物之一。纳米纤维素也被称为纤维素纳米晶体，是一种直径为1-100nm，长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素。与普通的非纳米纤维素相比，由于NCC的高纯度、高结晶度、高杨氏模量、高强度等特性，其在材料合成上展示出了极高的杨氏模量、高强度等性能，加之其具有生物材料的轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，使其在高性能复合材料中显示出巨大的应用前景^[8,9]。NCC的表面含有大量的羟基，使其表面易于化学改性从而赋予表面不同的特性。通过表面改性能够提高其在疏水性基质材料中的分散性，扩大了纳米纤维素的应用范围^[10-13]。

纤维素纳米纤维具有高结晶度、高强度及高比表面积等特性，加之具有轻质、生物相容性及可降解性，其在造纸、建筑、食品、电子产品、医学等众多领域具有极大的应用前景。常见纤维素纳米纤维制备方法有机械法，化学法和生物处理法等。

3. 研究的基本内容与计划

1、主要研究内容

以hbkp为原料，通过tempo氧化法制备纤维素纳米纤维分散液；对针叶材木质素（马尾松）进行纯化，得到碱木素，再与纳米纤维素和木聚糖共混，调控三素比例，通过醋酸蒸气浴法制备三素物理复合凝胶。将纳米纤维素/碱木素/葡甘露聚糖共混，添加交联剂kh550和环氧氯丙烷，调控交联剂的用量，制备三素化学复合凝胶。利用红外光谱，sem，流变仪、xrd对物理复合凝胶和化学复合凝胶进行表征和对比，筛选出三素复合的最优配比，并研究其增强机理。

2、计划

4. 研究创新点

1、选纤维素、半纤维素、木质素作为原料，有良好的生物相容性和环保价值。

2、人为构造类lcc键，实现三素的可调控复合。

3、制备具有较高附加值的三素复合材料，并将废弃的木质素合理利用。