木粉在ZnCl2溶液体系中的研究开题报告

1. 研究目的与意义

木质纤维是地球上数量最大的可再生资源。

木质纤维素原料主要有纤维素、半纤维素和木质素组成，其结构稳定复杂。

纤维素不仅被半纤维素和木质素包围，且其本身也存在着高度结晶性使酶试剂很难与纤维素接触。

2. 国内外研究现状分析

纤维素本质上是一种多元醇，作为lewis 碱可以向lewis 酸( 如氯化锌、氯化锂、硫代氰盐酸) 以及强的无机酸( 如浓磷酸、浓硫酸、浓硝酸等) 提供电子实现溶解。由于这类溶剂的溶解能力比较弱，只能够溶解聚合度比较低的纤维素，而且这些浓酸溶液会使纤维素发生严重降解，对设备也有很高的要求，而且，迄今还没有找出一种切实可行的方法来回收酸溶剂，因此难以得到推广。另外，由于纤维素结构中的羟基本身具有极性，所以各种碱液是其良好的润胀剂。但是，传统的lioh、naoh / 水体系仅能溶解经过蒸汽爆破处理后且聚合度低于250 的木浆纤维素，不能溶解棉短绒浆等纤维素。最近，人们开始关注碱的几种复合体系对纤维素的溶解现象。

1. 1 碱/ 尿素/ 水体系

lioh /尿素体系是一种能够溶解高分子量(mη=3.7105 ) 纤维素的溶剂，这种溶剂可通过冷冻-解冻的方法直接溶解天然纤维素( 棉短绒、草浆、甘蔗渣浆、木浆等) 和再生纤维素( 纤维素无纺布、玻璃纸、粘胶丝等) ，并得到100% 溶解的透明浓溶液，此法原料消耗少、生产周期短、工艺流程简单，整个过程没有化学反应，比传统的粘胶法少了碱化、磺酸化和熟成等工艺，且所用的尿素无毒并可回收循环使用，是一种绿色的、适合工业化生产的工艺。目前，大家普遍认为，这种lioh/尿素体系的溶解机理，即当纤维素被放进冷冻溶液中时它会与溶剂小分子之间立即形成氢键网络结构，在低温下尿素分子组成的包合物包裹纤维素大分子链，减弱纤维素大分子链间的相互作用，阻止纤维素分子链间的自聚，然后主要由lioh与纤维素上羟基相互作用，破坏其分子内或分子间氢键，促进纤维素的溶解。由于在常温下形成如图3b 所示的网络结构不能稳定存在，所以在常温下尿素的lioh溶液不能溶解纤维素。

3. 研究的基本内容与计划

1)、找出木粉在65%ZnCl2溶液中的最佳溶解条件

2）、在最佳溶解条件下的溶解研究（成分分析、图片观察、溶解程度）

4. 研究创新点

ZnCl2具有绿色、稳定、价格便宜、易于回收等优点. 此外, ZnCl2水溶液及熔融态的水合ZnCl2在对纤维素的溶解过程中, 纤维素不需要活化, 且操作简单、条件温和, 这使ZnCl2成为纤维素溶剂研究的长久对象. 早在20世纪初, 人们就观察到纤维素在ZnCl2水溶液中能形成黏度很大的溶液, Dong等用20% ~ 40% 的ZnCl2醇/水溶液对纤维素做预处理, 再将其在NaOH 和ZnO 混合溶剂中溶解后再生. Leipner和Fischer等对熔融态的水合ZnC l2及与其它熔融态盐对纤维素的溶解能力进行了研究, 但对其溶解机理及其再生纤维素结构的研究较少.

ZnCl2水溶液是纤维素的非衍生化溶剂. 与熔融态的ZnCl2相比, ZnCl2水溶液保持了对纤维素的溶解能力, 同时所需的温度较低, 体系稳定性较好. 但质量分数为65.0% 以下的ZnCl2水溶液由于其Zn2 被完全水化作用而不能溶解纤维素, 当ZnCl2水溶液的质量分数达到或超过65.0% 时, Zn2 可与纤维素分子链作用, 使纤维素溶解; 随着纤维素聚合度的增大, 其溶解度下降; 经ZnCl2水溶液溶解后的再生纤维素的聚合度下降, 且为纤维素结晶变体, 同时其分子内氢键减弱。