纳米纤维素一步法制备工艺的优化开题报告

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、化学方法处理植物纤维，去除其中的非结晶区部分，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。目前，纳米纤维素与其衍生物已经应用于生物、医学、造纸和食品工业等诸多领域。

纤维素主要由植物通过光合作用合成,每年能生产约1.Sx10'Zt的纤维素，是自然界取之不尽、用之不竭的可再生资源.近年来随着石油、煤炭储量的下降以及石油价格的飞速增长，随着各国对环境污染问题的日益关注和重视，纤维素这种可持续发展的再生资源的应用愈来愈受到重视.

纳米纤维素是指通过酸法、物理法或生物法等方法从纤维原料中分离出的纳米尺度范围内的纤维素晶体，其粒径大小一般在1100nm之间，能够分散在水溶液中形成稳定的胶体。纳米纤维素不但具有天然纤维素的基本结构和性能，如生物降解性、可持续再生性，而且具有纳米粒子的一些优异的特性，如高纯度、较大的比表面积、较高的杨氏模量、高结晶度和高透明性。纳米纤维素由于其优越的性能,在许多领域都有应用。现在纳米纤维素的应用领域主要有生物应用，由于纳米纤维素是一种纯天然的生物材料,它在生物方面的用途极为广泛,包括生物传感器的制造,生物载体等；医学应用，纳米纤维素由于其天然的纳米网状结构和抗菌特性,在这个领域尤其受宠；增强剂，由于纳米纤维素的纳米尺度网状结构,使它拥有优越的机械性能,不仅在组织工程学支架方面得到重视,在作为增强光学透明性材料或者热塑性塑料的增强中也得到了很好的应用,并且纳米纤维素不会较大的影响到原来材料的其它特性；其它领域，纳米纤维素由于其拥有纳米网状结构、比表面积大、渗透性好、分离性能强等特点,在净化、分离、传导、酶固定、离子交换等方面都有所应用。正因为如此，纳米纤维素成为目前科学研究的热点之一。

2. 国内外研究现状分析

通常，纳米纤维素制备方法有机械法、酶解法、氧化法。

机械法是通过机械研磨的方法，将纤维素原料粉碎到纳米级别，从而得到纳米纤维素，该方法绿色无污染，在物理粉碎过程中，纤维素中大部分非结晶区仍保存完好。

因此，通过此方法制备所得到的纳米纤维素结晶度一般都比较低；同时，机械碾磨过程中能耗较高酶解法是一种无污染的化学方法，通过纤维素酶选择性地水解纤维素中非结晶区部分，保留其中结晶区部分，从而得到纳米纤维素。

3. 研究的基本内容与计划

采用响应面分析法，优化一步法制备纳米纤维素的工艺条件。以反应温度、固液比、反应时间、催化剂用量等为因素，研究这些因素对纳米纤维素得率、粒径的影响规律。确定影响得率、粒径的最显著因素。

4. 研究创新点

过硫酸盐氧化法是一种新颖的氧化制备纳米纤维素的方法，在加热的情况下，过硫酸盐在水发生水解反应，形成过氧化氢和具有强氧化型的硫酸根自由基，这两种基团共同作用，氧化降解植物纤维原料的木质素与半纤维素、降解纤维素中的无定形区，从而释放出纤维素的结晶区部分，废水中为硫酸铵，对环境污染小；同时，过硫酸盐法能有效地将纤维素表面的羟基氧化成羧基，增强纳米纤维素表面的电荷，增强纳米纤维素胶体的稳定性。因此，本文采用过硫酸铵氧化去半纤维素的速生杨木木屑制备纳米纤维素。