面向制浆造纸生产过程的物性数据库系统的构建研究

由于植物纤维的表征较为复杂,基于植物纤维理化性质的制浆造纸物性数据库尚未建立,这导致基于物性数据的机理模拟仿真存在较大困难,从而阻碍了机器学习等先进方法在制浆造纸模型开发过程中的深度利用。为此,本研究基于制浆造纸工业专业知识和数据库结构设计语言,开发了系统性表征植物纤维的方法,并构建了面向制浆造纸生产过程的物性数据库系统。本研究提出了一种物性数据库集成架构,可自动化采集开源研究数据,并对其进行结构化处理;该物性数据库可兼容大量植物纤维、基础化工物质和热力学计算模型数据,为开发面向制浆造纸工业的交互式模拟计算提供数据基础和技术支持。

蔗渣大分子半纤维素和纳米纤维素的一体式全制备

使用质量分数4%~20%的NaOH溶液预处理蔗渣,以33.5%~73.1%的较高得率获得了平均分子质量为40~60 kDa的大分子半纤维素,然后采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化法,在没有额外机械力作用下,将抽提后的残渣成功转化成直径小于15 nm、长度几十纳米至2μm且分散性很好的TEMPO氧化纤维素纳米晶体(TOCN)。研究还发现,NaOH预处理不但可以有效地从蔗渣中提取半纤维素,而且明显提高了TEMPO氧化法制备纳米纤维素的效率。传统TEMPO氧化纤维原料需机械处理且只能制备CNF,而本研究通过NaOH预处理协同TEMPO氧化法,无需机械处理即可得到具有较好尺寸的CNC。另外,预处理所用碱浓的增加导致纤维素的晶型发生转变,且随着预处理时间的延长,其发生转变时所需的碱浓降低。