阳离子对纳米纤维素反分散特性的影响规律开题报告

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1. 研究目的与意义

纤维素纳米晶体（cellulese nanocrystals，CNCs），又可称为纳米纤维素，通过可控的物理、化学方法处理纤维素，去除其非结晶区部分，得到的纤维素的结晶区部分即为纤维素纳米晶体。CNCs不仅具有植物纤维素的生物相容性和可降解性，还具备纳米材料的较高的力学强度、较大的比表面积、超强的吸附能力和较高的反应活性等特性。据报道纳米纤维素及其衍生物可应用于生物、医学、造纸和食品工业等诸多领域。但是，纳米纤维素表面积大、表面自由能高，干燥脱溶剂过程中容易团聚、角质化，结果失去了纳米纤维素的许多特性，因此，目前纳米纤维素的储存、运输均分散于水中，这不仅增加了存储、运输成本，而且纳闷纤维素容易遭受微生物的破坏。

纳米纤维素是直径在 1 ～ 100nm 范围内的超微细纤维，也是纤维素的最小物理结构单元。与其他尺寸的纤维素相比，纳米纤维素有很多特殊的优良性能，如高杨氏模量、高比表面积、高抗拉强度、高纯度、高聚合度、高结晶度、高亲水性、高透明性、低热膨胀系数和超精细结构等。因此，纳米纤维素的制备及其性能的研究成为国内外研究的重点和热点。

2. 国内外研究现状分析

在纳米尺寸范围操纵纤维素分子及其超分子聚集体,设计并组装出稳定的多重花样，由此创制出具有优异功能的新纳米精细化工品、新纳米材料，成为纤维素科学的前沿领域。与粉体纤维素以及微晶纤维素相比，纳米纤维素有许多优良性能,如高纯度、高聚合度、高结晶度、高亲水性、高杨氏模量、高强度、超精细结构和高透明性等。因此,纳米纤维素的制备、结构、性能与应用的研究在目前是国内外纤维素化学研究的重点和热点。国内纳米纤维素的研究以丁恩勇研究员为代表，在最近几年研发并实施生产。国际上是最近十几年来开始系统地研究纳米纤维素，已经在制备、表面修饰、表征、复合材料和电极等功能特性应用方面做过许多尝试性的研究,有些成果已经商品化:如Gengifle已用于齿根膜组织的恢复；在二级和三级烧伤、溃疡等治疗中Biofill已被成功地用作人造皮肤的临时替代品;BASYC可用作人造血管和神经缝合的保护盖罩；nata de coco的纤维素传统食品；用于化妆纸膜的BioCellulose和NanoMasque等等。

开展纳米纤维素超分子的可控结构设计、立体和位向选择性控制与制备、分子识别与位点识别等自组装过程机理、多尺度结构效应的形成机理等基础理论性研究,在纳米尺度上操控纤维素分子、晶体及其超分子,制备性能优异的纳米纤维素晶体是将来纳米纤维素化学的主要研发方向。

3. 研究的基本内容与计划

采用不同的碱溶液中和纳米纤维素制备过程中的悬浮液，考察干燥前后，所得纳米纤维素结晶度、粒度大小、粒度分布、表面电荷、三位形貌、再分散性能的变化。

4. 研究创新点

纤维素是世界上储量最多的天然生物质高分子聚合物与普通的纤维素相比，纳米纤维素在光学、机械特性等许多方面具有无法比拟的特性，纳米纤维素制备和应用研究的开发具有重大而深远的意义，在如今国内外，纳米纤维素已成为科学家研究的重点之一。

本文中，采用去半纤维素的杨木木屑作为原料，用过硫酸铵溶液一步氧化制备纳米纤维素。过硫酸铵溶于水后，在加热的情况下，会分解产生过氧化氢和硫酸氢铵，并伴随着产生具有强氧化性的过硫酸根自由基，这些过氧化氢和过硫酸根自由基不仅可以氧化原料中的残留的木质素与半纤维素，还可以渗入到纳米纤维素的无定形区，破坏纳米纤维素的无定形区，从而留下高结晶度的纳米纤维素晶体。与其他制备纳米纤维素的方法相比，本研究中的纳米纤维素原料不需要化学试剂先进行漂白、去除其中的木质素，降低成本；废水中为硫酸铵及水溶性小分子有机物，对环境无危害。采用不同的碱溶液中和纳米纤维素制备过程中的悬浮液，考察干燥前后，所得纳米纤维素结晶度、粒度大小、粒度分布、表面电荷、三位形貌、再分散性能的变化。