基于磺化碳基固体酸的纤维素水解糖化研究进展

对磺化碳基固体酸制备原料及制备方法进行系统介绍,分析磺化碳基固体酸物理化学结构与其催化纤维素水解的构效关系,讨论碳基固体酸失活原因及分离回收方法。针对磺化碳基固体酸与纤维素间的传质限制,总结归纳先“降结晶、再水解”的纤维素高效水解策略。最后对磺化碳基固体酸的未来研究重点和前景进行展望,以期为促进磺化碳基固体酸在木质纤维素糖平台构建中的创新发展提供科学参考。

黄秋葵酒渣纳米纤维素的制备工艺及表征分析

酒渣又被称为酒糟,是发酵后的酒醅经过蒸馏出酒后余下的残渣。黄秋葵发酵酒渣富含果胶多糖和纤维素,以提取果胶多糖后制备的纤维素为原料,采用硫酸酸解法制备黄秋葵酒渣纳米纤维素(nanocrystalline cellulose from okra fermented pomance,NCC),通过单因素试验和Box-Behnken响应面试验法确定NCC的最佳制备工艺条件,即硫酸质量分数45%、酸解温度60℃、酸解时间120 min、料液比1∶17(g/mL),此条件下NCC的得率为21.07%。利用扫描电镜、透射电镜、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射对其微观结构进行表征。结果表明,硫酸酸解法得到的NCC为直径在100 nm左右的棒状结构,但由于氢键作用,使其极易团聚;此法对NCC的基团影响较小,其仍然具备黄秋葵酒渣纤维素的最基本化学结构;NCC的结晶度为65.14%,属于纤维素Ⅰ型结晶结构。

麦秆基纳米纤维素过滤膜的制备及对微纳米颗粒的过滤性能

以麦秆为原料,采用对甲基苯磺酸(p-TsOH)结合酶辅助超声处理制备木质纤维素纳米纤丝(LCNFs),通过真空抽滤制备LCNFs过滤膜(LCNF-FM)。研究LCNF-FM的微观形貌、纯水通量、润湿性及对微纳米粒子的过滤性能。结果表明,LCNF-FM由相互交联的纳米纤维网络组成,平均孔径为30.2nm。该过滤膜对细菌及纳米TiO_(2)颗粒均具有良好的截留作用。初步应用于红葡萄酒过滤除菌,其对红葡萄酒中有效成分的保留率均在84%以上,对葡萄酒品质影响不大。该LCNFs及其过滤膜的制备方法绿色环保,在农业废弃物的资源化利用及水处理、食品饮料的净化等方面具有广泛的应用前景。

密封沉积处理对纤维素纳米晶体薄膜光学特性的调控

纤维素纳米晶体(Cellulose nanocrystal,CNC)在特定浓度下可自组装排列,赋予体系独特的光学性能。为阐明CNC薄膜形成过程中CNC自组装行为机制,本文通过分析CNC薄膜在宏观颜色、紫外可见光谱、偏振光学、微观形貌以及晶体结构等方面的变化,探究了密封沉积时间和CNC浓度对自然蒸发干燥薄膜内部胆甾相液晶形成与排列的影响。结果表明,当密封沉积时间延长至48 h后,CNC薄膜的结构色显色范围、胆甾相结构的长程有序性均得到明显提升。随着浓度的升高,CNC颗粒间距减小,相邻颗粒间扭转角增大,螺距被压缩,从480 nm减小至344 nm。此外,密封沉积处理对高浓度CNC悬浮液形成长程有序性胆甾相结构具有明显优势。本研究结果表明,延长密封沉积时间和提高CNC浓度可以提高薄膜中长程有序性的提高,并促进胆甾相结构域的形成。这进一步完善了CNC基智能包装材料制备的科学基础,对于新型可视化食品包装和检测材料的开发具有积极作用。

基于纳米纤维素和碳点的荧光复合材料的制备与应用研究进展

碳点是一种新型的零维荧光纳米材料,具有优异的光学性能、高热稳定性和化学稳定性,是近几年的一个研究热点。从天然生物质中提取的纳米纤维素,具有比表面积大、环境友好和可生物降解等特点。以纳米纤维素为载体掺杂碳点制备的复合材料兼具优异的荧光性能和机械性能,具有重要的应用价值。本文综述了基于纳米纤维素和碳点的荧光复合材料的制备与应用,简要介绍了碳点的性质和制备,论述了纳米纤维素基荧光碳点水凝胶、薄膜以及气凝胶和油墨等复合材料的制备方法及相关应用,并对纳米纤维素和碳点的荧光复合材料的发展进行展望。

纤维素的改性及应用研究进展

纤维素是一种来源多样、分布广泛的天然聚合物,作为可再生、可生物降解的原材料在工业和日常生活中广泛应用,为成功应对资源短缺和环境污染问题而提出一种有效的解决方案。介绍了纤维素的类型与结构,以及通过各种途径对纤维素功能结构改性的最新进展,如氧化、酯化、醚化和接枝等。总结了近年来改性纤维素材料在食品、包装、环保、医疗、纺织等领域的应用成果。

功能化细菌纤维素纳米晶复合聚氨酯医用抗菌涂层的制备及性能研究

植入医疗器械的感染是临床治疗的难题之一,因此研究具有长效稳定抗菌效果的医用涂层对于医疗植入器械领域十分重要。本研究使用细菌纤维素膜片,通过粉碎―氧化法制备氧化改性细菌纤维素纳米晶体,并化学接枝阳离子化合物双胍制备获得新型纳米抗菌材料NBC-BG,最后与聚氨酯(PU)进行复合制备了PU-NBC-BG医用抗菌涂层。通过多种材料表征手段,研究了不同比例添加下涂层的结构性能变化,同时通过抗菌实验证明了PU-NBC-BG涂层具有优良且稳定的抗菌性能以及抗生物膜效果,在医疗器械领域具有很好的前景。

光响应纤维素基印迹吸附材料的制备及光再生性能

光响应性吸附材料对污染物的光控释放性能,对发展吸附材料的绿色再生具有重要的意义。以纤维素为原料,偶氮苯衍生物为功能单体,以典型农药残留2,4-D为模板,采用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)制备光响应纤维素印迹吸附剂(Cell-AB-MIP)。通过单因素实验对材料的制备条件进行优选,采用多种表征手段对材料结构和性能进行分析。结果表明:Cell-AB-MIP表面含有丰富的官能团(—COOH,N=N等),对2,4-D具有较高的特异性识别作用;偶氮苯基团的引入使得Cell-AB-MIP具备优异的光再生性能。经过紫外光照射后,Cell-AB-MIP上的偶氮苯基团将从反式构型转变为顺式构型,从而改变吸附剂对污染物的吸附亲和力,实现光控条件下的清洁脱附。在甲醇介质中光照解吸效率可达72.22%,经过5次光循环后对2,4-D的吸附百分比仍可达到83.47%;SEM及EA分析结果证实了吸附剂经紫外光照射后污染物可从吸附剂表面脱离,完成吸附剂的再生过程。

甘蔗渣生产全降解农用地膜的研究

研究了以甘蔗渣为主要原料制造农用地膜的工艺技术。通过研究制备黏胶时NaOH用量、CS2 用量、溶解用水量以及黄酸化条件对黏胶品质的影响 ,确定制备黏胶的最佳工艺 ;通过研究成膜过程中凝固浴H2 SO4浓度、脱硫浴NaOH浓度、增塑剂用量等对薄膜物理强度的影响 ,确定了成膜的最佳工艺。在土壤中的降解试验结果表明 ,该种地膜能完全降解。

葡萄糖对Starmerella bacillaris香草醛耐受能力的影响

分析典型酚类抑制剂香草醛对酵母Starmerella bacillaris R5生长和产乙醇的影响,同时分析改变葡萄糖的质量分数对其生长和发酵性能的影响。结果表明在3 g/L香草醛质量浓度下,将培养基中的葡萄糖质量分数从2%提高至6%可将延滞期缩短25.92%,比生长速率提高82.1%,乙醇转化率提高17.88%。进一步分析表明葡萄糖质量分数的提高还使含有活性氧的细胞比例增加、膜渗透率及胞内H2O2含量降低。过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶的活性分别提高58%、35.5%和2.3倍,胞内甘油质量浓度提高1.82倍。另外与糖代谢相关的丙酮酸激酶活性降低54.5%,己糖激酶和6-磷酸葡萄糖脱氢酶活性提高4.16倍和11.8倍,NADPH浓度提高19.4%,己糖激酶、6-磷酸果糖激酶、异柠檬酸脱氢酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶、乙醇脱氢酶、丙酮酸脱羧酶、醛酮还原酶基因水平分别上调4.6、2.5、13.9、12.2、17.5、34.8、34.9倍。葡萄糖质量分数的增加主要是通过提高细胞内抗氧化酶的活性,减弱氧化损伤,为酵母提供更多的腺苷三磷酸以及还原力以应对胁迫环境,从而提高乙醇的转化速率。本研究结果可为进一步利用S. bacillaris产纤维素乙醇提供新思路。

高碘酸钠氧化纤维素的研究

研究了用高碘酸钠 (NaIO4)溶液氧化纤维素的过程与性能 ,用红外光谱验证了氧化纤维素的结构。考察了溶液pH值、氧化时间、氧化温度和氧化剂浓度等因素对氧化纤维素醛基含量和回收率的影响。结果表明 ,随IO- 4 浓度的增大、氧化时间的延长、氧化温度和pH值的升高 ,纤维素降解程度愈深 ,其回收率愈低 ;随IO- 4 浓度和氧化温度的升高 ,醛基含量愈高 。

纤维素高值化利用制备微晶纤维素

以溶解浆为原料,通过Fe3＋作为催化剂酸水解、分离、纯化制备微晶纤维素（MCC）粗产品。确定最优的稀酸水解浓度和Fe3＋浓度,同时对水解残液成分进行初步分析。最终水解条件为,水解温度80℃,Fe3＋浓度0.3 mol/L,水解时间60 min,HCl浓度2.0 mol/L。对制备的MCC分析与表征结果表明,MCC主要成分为纤维素,其晶型结构仍为纤维素Ⅰ型,结晶度为73.0%,与原料相比增加了18.2个百分点,聚合度下降至100左右;所得的MCC质均长度集中分布在200～400μm之间;水解残液中还原糖得率为1.56%。

提高溶解浆纯度的研究进展

溶解浆是α-纤维素含量高于90%的漂白浆,是多种纤维素工业产品的制造原料,而纤维素工业产品不仅是制药、食品、化妆品和其他工业领域的重要添加剂之一,还可用来制作手机屏幕等电子产品零件,这些均对溶解浆的纯度和质量提出了更高的要求。溶解浆的纯化是通过提高α-纤维素含量、去除溶解浆中半纤维素、木质素-碳水化合物(LCC)等杂质来实现的。本文对溶解浆的纯化方法进行了综述,对比分析了生物纯化法、化学纯化法及组合纯化法等;并剖析了各种纯化技术的机理;归纳了各种纯化溶解浆技术的优缺点;提出了制备高纯度溶解浆的研究方向和思路。

蛇笼型螯合树脂CMC/EDA/B62的合成及性能研究

以羧甲基纤维素(CMC)为蛇树脂,乙二胺(EDA) 甘油环氧树脂(B 62)体系为笼树脂,合成了一种新型弱酸弱碱型两性螯合树脂。研究了该树脂对Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+的吸附容量,吸附动力学及等温吸附过程等静态吸附性能。结果表明,该树脂对Cu2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+吸附容量可分别达到1.72,0.43,0.37和0.13mmol/g。

香蕉茎秆酶法脱胶工艺及其脱胶纤维性能

为了将生物质废弃物香蕉茎秆进行高值化利用,采用酶法脱胶工艺制备香蕉茎秆纤维。研究超声预处理工艺中频率、处理温度对香蕉茎秆脱胶率的影响,确定较佳的超声预处理工艺。将预处理后的香蕉茎秆粗纤维进行半纤维素酶、果胶酶脱胶,分别考察缓冲液pH、酶浓度、反应温度对脱胶率的影响。结果表明:预处理工艺中超声处理的较佳频率为40kHz,温度为70℃;酶法脱胶工艺中较佳的半纤维素酶缓冲液pH为5.5,半纤维素酶浓度为0.004g·ml-1,反应温度为50℃;较佳的果胶酶缓冲液pH为6.0,果胶酶浓度为0.003g·ml-1,反应温度为55℃。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析酶法较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维的理化特性;并对其机械性能进行测试与分析。FTIR及XRD结果表明:酶法较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维去除了半纤维素和大部分果胶,相对结晶度为66.4%;机械性能测试结果表明酶法较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率分别是118.48MPa,15.15GPa,0.67%。

响应曲面法优化过氧甲酸提取竹子纤维素的工艺研究

以竹子为原料,实验研究了通过过氧甲酸氧化降解木质素和半纤维素来提取纤维素的工艺条件,通过单因素实验,分别考察过氧甲酸浓度、温度、时间对竹子纤维素提取率的影响。在此基础上,应用响应曲面法分析过氧甲酸浓度、温度、时间及三者两两交互作用对响应值的影响,确定了竹子纤维素提取的最佳工艺参数。实验结果表明,各因素对纤维素含量影响的显著性表现为:时间>温度>过氧甲酸浓度;通过响应曲面法优化的最佳工艺条件为:温度35.78℃,时间19.93 h,过氧酸浓度0.45 mol/L,在此条件下的纤维素提取率为95.1%。

普鲁兰多糖研究及应用进展分析

对普鲁兰多糖现阶段研究工作进行综述,总结了针对普鲁兰多糖的物理及化学改性类型,其中化学改性分为酯化改性、共聚交联改性、硫醇化改性等,并综述了其改性产物在食品加工、食品保鲜领域中的应用,未来普鲁兰多糖研究应围绕降低色素产出、降低亲水性等方向展开研究,以制造出性能优良的普鲁兰多糖基膜材料。

多孔通道结构纳米纤维膜的制备及油水分离性能

通过静电纺丝制备以聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)/聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)为壳,PVP/纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystal,CNC)为核的Janus结构纳米纤维膜,并利用绿色的水刻蚀法获得用于油水分离的多孔通道结构纳米纤维膜。结果表明,多孔通道结构增加了纳米纤维内部的储水空间,提供了额外的水分渗透路径,赋予了纳米纤维膜优异的亲水性和水下超疏油性。纳米纤维膜的孔隙率从54%提升至83%,水下油接触角从134°提升至164°,水通量从731 L/(m^(2)·h)提升至3344 L/(m^(2)·h)。纳米纤维膜对水包正己烷乳液的渗透通量高达1985 L/(m^(2)·h),滤液中的TOC含量低于50 mg/L,表明其油水分离效果较好。这种多孔通道结构纳米纤维膜的设计理念为开发油水分离膜提供了一种绿色的制造思路。

细菌纤维素膜的制备与性能

以细菌纤维素为原料,氯化锂(LiCl)/二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,通过相转化法制备了细菌纤维素膜。用单纤维强力仪对膜的拉伸强度和伸长率进行测试,分析了细菌纤维素浓度、凝固浴温度、凝固浴浓度、凝固时间及塑化条件对膜力学性能的影响。结果表明:在一定范围内,随着制膜液中细菌纤维素浓度的增加、凝固浴温度的降低和凝固浴浓度的增大,膜的拉伸强度和伸长率均提高;随着甘油浓度的增大和塑化时间的延长,膜的拉伸强度逐渐减小,伸长率逐渐增大。

反应工艺对纤维素醚化反应效果的研究

用精制棉纤维素为原料 ,分别用捏合机和搅拌式反应釜进行纤维素的醚化反应活性研究 ,并分别用氯乙醇和一氯乙酸为醚化剂 ,制备羟乙基纤维素和羧甲基纤维素 .研究结果表明 ,在高强度搅拌的情况下 ,采用搅拌式反应釜进行纤维素的醚化反应 ,纤维素有较好的醚化反应活性 ,表现在醚化反应效率提高、产品在水溶液中的透光性增强等方面皆比用捏合机的方法好 .因此提高反应过程的搅拌强度 ,是研制取代均一性好的纤维素醚化产品的较好方法 .