酸性助水溶剂制备木质纳米纤维素及功能应用研究进展

木质纳米纤维素因具有制备工艺简单、环境友好、成本效益高等特点而在各领域受到广泛关注,其制备与应用已成为相关领域的研究热点。然而,木质纤维组分间的聚集结构和复杂的化学键(醚健、酯键等)结合形成了抗解聚屏障,需要对其进行预处理破除屏障。酸性助水溶剂体系具有溶解选择性高、产物易分离、可循环利用等优点,是一种高效环保的绿色预处理工艺,是木质纳米纤维素制备及高值化利用的重要预处理方法。本文首先介绍了酸性助水溶剂的概念及作用机理,综述了酸性助水溶剂体系制备木质纳米纤维素的方法及性能,讨论了木质纳米纤维素的功能化应用进展,最后总结了酸性助水溶剂体系存在的不足,并对其今后的研究方向进行了展望。

分批添料纤维素酶水解研究

提出了在反应过程中分批添加底物的纤维素酶解方法，并对分批添料的作用机理进行了讨论。研究表明，分批添料可以同时提高酶解得率、底物浓度和酶解糖液浓度，当底物浓度为１５％（ｗ／ｖ）时，分批添料酶解得率为７０％，糖液中还原糖浓度为４８．１ｇ／Ｌ。

米根霉利用纯糖和不同预处理玉米秸秆酶解糖生产L-乳酸

通过单因素实验设计,优化米根霉摇瓶发酵产L-乳酸。在此基础上,以蒸气爆破和碱处理玉米秸秆酶解液为混合C源,与纯糖对比,研究不同预处理玉米秸秆混合C源对米根霉发酵产L-乳酸的影响。结果显示:在初始葡萄糖质量浓度100g/L、(NH4)2SO4质量浓度2g/L、接种量6%(体积分数)、转速170r/min、发酵12h后添加30g/LCaCO3的条件下,米根霉发酵产L-乳酸质量浓度为69.15g/L。米根霉发酵不同预处理玉米秸秆酶解混合C源,木糖的存在影响了米根霉的C代谢网络,降低L乳酸的产量。

纤维素预处理技术的发展

预处理在纤维素的衍生物反应和功能转化中起着非常重要的作用。本文综述提高纤维素可及度和反应性能的各种物理和化学的预处理技术及其发展，并对蒸汽爆破、微波、超声波等预处理新技术作一简单介绍。

纤维素的酶水解糖化

纤维素为自然界存在最多的再生有机资源，能水解成葡萄糖，加工成食品、燃料、化工产品等。酸和酶都能催化水解，但酶法效果好，所得水解液的纯度高。多年来对于纤维素的酶法水解研究工作很多，但还有若干问题有待解决，尚未发展成适于工业生产应用的好工艺。本文扼要地综述纤维素的酶水解机理和纤维素物料的应用工艺。纤维素酶系内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖甙酶的混合物，这三种酶协同起水解作用。纤维素物料不纯，还有伴生物半纤维素和木质素共同存在，需要预先处理，破坏纤维素的结晶性，提高水解效能，分离开半纤维素和木质素，加以好的利用，提高经济效益。

HPLC法测定半纤维素水解液中糖的研究

研究了用ＨＰＬＣ分离测定毛竹水解液中的木糖、阿拉伯糖及葡萄糖等。探讨了试样的净化方法和分离条件，试样经活性炭和ＳｅｐＰａｋＧ８小柱净化，色谱柱为ＹＷＧ－ＮＨ２，１０μｍ，４．６×２５０，流动相为乙腈＋水＝８５＋１５，流量为０．８ｍＬ／ｍｉｎ，获最佳分离。木糖、阿拉伯糖、葡萄糖的平均回收率（％）分别为９９．１、１０１和９５．０，相对标准偏差为１．２５％、１．３９％和１．５３％。

纤维素纳米晶模板法制备有序介孔材料研究进展

纤维素纳米晶(cellulose nanocrysals,CNCs)是一种新型的模板材料,利用其自组装形成的手性结构可以实现CNCs模板法制备有序介孔材料。该法直接采用先驱体与具有自组装效应的CNCs复合并选择性去除模板或先驱体得到有序介孔,避免了预先制备介孔模板,缩短了工艺,并且对介孔结构可调性好。对应的介孔材料比表面积大、孔隙率高,介孔结构有序,为可控制备有序介孔材料提供了参考路径。介绍了CNCs的制备及其自组装,并且综述了近年来利用CNCs模板法制备有序介孔材料的研究进展,最后,对该领域未来研究方向进行了展望。

CSTR酶法水解纤维素反应的分岔行为分析

针对纤维素酶法水解的复杂动力学,对全混流反应器(CSTR)稳态解的分岔行为进行研究.发现随操作参数和动力学参数的不断变化,出口浓度的稳态解出现分岔;由此构造出该过程的复杂解图和分岔图.

高分子添加剂对纤维素酶糖化力的影响

研究了几种高分子材料对纤维素酶水解作用的影响,强聚阳离子(PⅠ、PⅡ)、中强聚阴离子(PⅢ)高分子材料能促进酶的糖化作用,而强聚阴离子(PⅣ)高分子材料则不能,添加PⅠ(1.3×10^(-1)mol/L)、PⅡ(1.3×10~3mol/L)、PⅢ(1.3×10~2mol/L)分别使纤维素酶棉花糖化力提高190％、45％、75％,初步探讨了高分子材料促进纤维素酶糖化力的机理。

微晶纤维素的研究与应用

根据研究成果和文献资料,综述了微晶纤维素制备工艺的特点,纤维素水解降解历程与反应动力学;阐述了微晶纤维素的主要特征和物化性质;介绍了微晶纤维素系列产品在国民经济中的应用。

羧甲基纤维素取代均一性的研究

羧甲基纤维素(钠盐,以下简称CMC)是一种重要的水溶性聚电解质。本文在传统溶媒法的基础上,采用乙醇作溶剂的两段加碱法新工艺制备CMC。研究表明,在低浴比(乙醇/纤维素=2.5—3.0)条件下,采用新工艺制得取代度约0.9,粘度(2％水溶液)为900—1000mPa·s,具有较高取代均一性和良好性能的CMC。用酶水解的方法,通过还原值测定,对CMC的取代基沿分子链的分布进行了表征;并对CMC的一些性能进行了测定,同时对其热稳定性进行了研究。

牛仔服装室温生物酶洗加工

对纤维素酶制剂CS在20～35℃下与纤维素酶Novoprime 838在55℃条件下酶洗加工纯棉牛仔服装的效果进行了对比,同时测定了它们的活力与温度的关系.通过对酶的活力变化分析发现,CS在20～35℃有一比较平缓的作用区间.酶洗后服装各种性能指标的测试结果表明:采用CS在常温(20～35℃)与838在55℃酶洗后基本相同,实现了室温条件下的酶洗加工.

微晶纤维素胶体性质的研究

微晶纤维素悬浮液在机械力的作用下发生微纤化而形成胶体。本文用流变仪研究了微晶纤维素胶体溶液的速度梯度与应力、浓度与粘度、温度与粘度之间的关系；同时研究了酸碱性、盐类对粘度的影响，以及胶体的储存稳定性。此外，用电导仪测量了胶体的电性质，展示了微晶纤维素胶体的独特性质。

可再生纤维素资源酶法降解的研究进展

对纤维素原料的预处理技术、纤维素酶生产以及纤维素的酶解工程等方面的研究现状与最新进展进行了综述。作者在文献调研及近年来科研工作积累的基础上，对可再生纤维素资源酶法降解研究以及今后的发展趋势和努力方向提出了自己的观点。

氧浓度对近临界水中纤维素分解的影响

研究了不同初始氧浓度对纤维素在近临界水中分解的影响 ,实验结果表明 ,氧浓度显著地影响产物总碳收支平衡、液相不同组分的收率、气体的产量以及气相产物的组成。微量氧对产物总碳收支平衡影响不大 ,而对液相不同组分的收率有一定的影响。从实验结果可以看出 ,离子型反应机理在纤维素水解的第一步中起主导作用 。

木素的存在对纤维素水解反应性能及其产物结构的影响

对木素含量为0.9％—8.3％的速生杨硫酸盐浆进行了X—射线分析研究。利用多相水解方法测定了其反应性能。研究结果确定,浆中结晶纤维素含量取决于木素脱出程度并随着木素含量的降低而增加。木屑和浆中的纤维素结晶度相当高,而在脱木素过程中只呈微小变化。木素存在于多相水解反应过程中起着阻碍纤维素水解的作用,降低其反应速度常数。基于研究结果,提出了木素与纤维素结晶部分外表面联结的结论.并探讨了这种联结键的可能形式。

甲壳胺复合物固定化酶的催化反应机理研究

本文以天然高分子甲壳胺与羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸的两种氢键复合物为载体固定葡萄糖氧化酶和纤维素酶。对其酶促反应的米氏常数Ｋ＿ｍ进行了分析、提出了氢键复合物固定化酶的催化反应机制，还通过红外光谱和透射电镜研究了这两种复合物固定化酶的结构。

纤维素硫酸钠的制备方法及工艺条件的研究

采用了非均相反应制备 Ｎａ Ｃ Ｓ的方法，建立了工艺流程，并考察了不同游离硫酸浓度（４．５～５．５ｍ ｏｌ／ Ｌ）、不同反应温度（－ １０℃～０℃）下的纤维素转化率、 Ｎａ Ｃ Ｓ得率、取代度 Ｄ Ｓ和特性粘度 η１％ 随反应时间的变化关系。通过研究其动力学行为，确立了适合制作生物微胶囊用 Ｎａ Ｃ Ｓ的工艺条件。

生物大分子的解聚研究

为了充分研究生物质大分子的解聚机理,课题组对纤维素水解的关键影响因素、纤维素、半纤维素水解机理、木质素解聚方式和表征、木质素模型化合物的制备等关键科学问题进行了探讨。借助SEM、BET、XRD研究手段,研究了半纤维素的水解、纤维素的结晶度、聚合度对对纤维素水解的影响规律;借助TEM、EDXA-SEM和Raman等分析手段,从超微尺度入手,追踪解聚过程中木质素、半纤维素和纤维素在细胞壁中的分布变化。结果表明,半纤维素被水解移除后,生物质表面孔洞增多,孔隙率、总孔容增大,从而促进了纤维素的水解;相比于聚合度而言,晶型结构对水解的影响更大。在酸性环境下,木质素在细胞壁各层间发生迁移,而在碱性环境中木质素会直接脱除。同时,该课题开展了在微波协同下的木质素催化氧化解聚及液化解聚,并通过比较了不同的氧化剂的种类对解聚产物单苯环物质收率的影响,并通过液质联用,高压液相色谱等手段对解聚产物进行定性和定量分析。结果表明,微波协同下在相对较低的温度和压力下获得单苯环化合物的收率可达到15.2%。为了对木质素的解聚机理进行进一步的研究,该课题合成了包含α-o-4,β-o-4和β-5键的木质素模型物三聚体和四聚体,并通过气质联用色谱和核磁共振色谱等手段进行分析和表征。木质素模型物的合成为后续的木质素解聚机理奠定基础,并为木质素解聚为单酚类化合物的高收率目标提供参考。