水葫芦的高价值利用:TEMPO-超声耦合法高效提取纳米纤维素和纳米纤维晶

本研究提出了一种高值化利用深度处理后含有重金属的水葫芦的方法。即利用TEMPO-超声偶联法从水葫芦的茎中提取纳米纤维素晶体(CNC)和纳米纤维素(CNF)。这种方法通过将TEMPO介导氧化和超声相结合,温和地分解了水葫芦纤维束,促使纤维素纤维分解成更小的片段,从而提高了CNC和CNF的产率。研究结果表明,TEMPO超声联合法制备的CNC产率为63%,其羧基含量为1.27 mmol/g,CNF的产率为31%,羧基含量为1.21 mmol/g。扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶红外变换(FTIR),分析证实了非纤维素杂质的逐步去除。CNC的平均长度为214.4 nm,平均直径为2.72 nm,长径比约为78.8,而CNF的平均长度为437.8 nm,平均直径为5.7 nm,长径比为76.8。较高的长径比意味着CNC和CNF具有更出色的力学性能。X射线衍射(XRD)分析显示,制备的CNC和CNF的结晶度分别为87.1%和81.2%,这表明它们具有较高的刚性。通过热重分析(TGA),还测定了纤维的热稳定性。这些结果表明,CNC和CNF在增强聚合物基体材料方面具有巨大的潜力。这一研究方法为深度处理后水葫芦实现高值化利用提供了可行性和潜力。