强酸性介质中多元醇溶胀制备纳米纤维素工艺研究开题报告

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1. 研究目的与意义

进入21世纪，随着世界经济的快速发展，石油、煤炭资源消耗量不断加大，其储量日益匮乏，而且带来了严重的环境污染问题。因此，纤维素这种可再生的自然资源收到了社会的广泛重视。

酸解法制备纳米纤维素使用腐蚀性强的硫酸水解纤维素，水解剧烈，对环境影响大，而且酸解法制备纳米纤维素得率低、耗水量大，且对反应设备要求较高。机械法制备纳米纤维素耗能大，能源有效利用率较低，这些都限制了纳米纤维素的大规模生产。因此，开发出纳米纤维素新的高效、环境友好、可控、低能耗的制备方法尤为重要。

2. 国内外研究现状分析

目前，国内纳米纤维素的研究已有一些，但总体还处于起步阶段。国际上对纳米纤维素已进行了几十年的系统研究，已在制备、表面修饰、表征、复合材料、医学材料及光学材料等功能特性及应用方面做了许多尝试性研究，有些成果已商品化。

利用纳米纤维素强度高、热膨胀系数低、透过光率高等特性可以开发出柔性显示屏、精密光学器件配件等新产品，在生物医疗、生物影像、纳米复合材料、气体阻隔薄膜以及透明的光学功能性材料方面显示了巨大的应用潜能。其中，纳米纤维素作为增强相广泛应用于复合材料领域。国际上的科研人员已对纳米纤维素进行了几十年的系统研究，而我国的科研工作者尽管也对纳米纤维素进行了一些研究，但尚处于起步阶段。

3. 研究的基本内容与计划

采用空白试验和对比试验相结合的方法，通过控制反应时的温度和加入到反应体系中浓硫酸的体积这两个变量来观察在不同温度范围下加入到反应体系中浓硫酸的量对纳米纤维素形貌、尺寸、粒径等方面地影响，并通过红外光谱，X射线衍射等途径对处理后的纳米纤维素进行跟踪以及对各种性质的表征。

4. 研究创新点

NCC作为一种新型的生物材料，其特殊的纳米尺寸结构、力学性能和光学性能将成为未来纤维素研究的前沿和热点。目前，NCC的制备产率低，提纯需要消耗大量的水资源以及动力资源，并且对反应设备的要求高，生产成本昂贵，这些都限制了NCC的大规模工业应用。NCC在制备过程中的团聚作用仍是目前研究的难点，纳米颗粒的团聚造成具有纳米颗粒的尺寸效应难以发挥。NCC的制备方法中存在许多局限，有的成本高、价格昂贵，有的耗时长、制备复杂，都是制约着NCC进一步发展的阻碍其制备方法。目前仍多为酸法、碱法、生物法等，由于环境污染、得率、成本等因素的影响而难以实现工业化生产。因此，如何通过优化制备方法，制备出生产成本低、高效快速、绿色的NCC是亟待解决的问题。NCC颗粒本身的小尺寸、大比表面积、表面羟基含量丰富等特点会导致团聚现象的发生，而团聚后的NCC难以体现出纳米材料的相关特性，这是限制NCC大范围应用的另一个主要瓶颈。制备尺寸，形态和电荷分布均一的方法仍存在着巨大的挑战。将离子液体法、有机溶剂法等新兴的或者环保型的纤维素分离方法与NCC传统制备方法相结合，开发出生产条件温和、环境友好、适于工业化生产的NCC制备工艺是大规模应用NCC的前提条件，也是未来NCC制备工艺的发展方向。

随着全球经济的迅猛发展，石油储备不断下降；加之各国对环境保护的重视，因此，NCC作为绿色、可持续发展、可生物降解的优良生物材料，具有广阔的发展前景。