纤维素改性处理的研究进展

介绍了近年来关于纤维素改性方面的研究和进展。纤维素改性一般从预处理开始,有物理方法预处理和化学方法预处理两种方法。纤维素的改性有物理方法改性,化学方法改性及生物方法改性等。物理方法改性包括机械粉碎、润胀、复合、吸附、放电、液氨加工、高压蒸汽闪爆、超声波及微波辐照等。纤维素的化学改性处理主要包括纤维素酯化、醚化及接枝共聚等。纤维素的生物改性在造纸行业应用广泛,大多数利用纤维素酶、半纤维素酶等来对纸浆进行处理。最后对改性纤维素在未来的应用进行了展望。

纤维素改性及吸附水体重金属综述

围绕天然纤维素的资源化利用和水体重金属治理问题,在传统废水重金属处理方法的基础上,基于天然纤维素的结构特点,展开介绍了改性纤维素吸附剂。综述了天然纤维素改性方法以及改性纤维素吸附剂对于水体中重金属离子的去除效果。通过文献可知:利用化学法从天然原料中提取纤维素的同时对纤维素进行化学改性,制备阳离子型纤维素吸附剂,既能高效地,有选择性地处理水体中的Cu、Zn、Hg、Cr、Cd等主要重金属阳离子,并且能减少化学药剂的使用量和使用种类,降低成本,简化处理工序,避免二次污染,实现循环利用。

植物纤维素基阻隔性改性材料在食品包装上的应用研究进展

解决石油基食品包装造成的环境污染问题,纤维素是理想的替代材料。由于纤维素的高密度氢键使其具有较强的亲水性,提高纤维素的阻隔性刻不容缓。本文介绍植物基纤维素绿色制备的方法,详细阐述其在阻隔性改性方面的措施,为该类材料的生产、加工提供了借鉴;重点收集纤维素基阻隔性包装材料在生鲜食品和加工食品上的应用实例,为高阻隔纤维素包装的实际应用提供了理论依据;最后总结纤维素阻隔性包装目前面临的挑战,希望能为未来的工业化生产增添助力。

不同种类改性纤维素与生物炭配施对黄淮海平原土壤的改良效果

在人工气候温室,以旱稻为供试作物,以改性纤维素和生物炭为土壤改良剂,采用盆栽实验,分析改性纤维素、生物炭以及二者配施对土壤理化性质、养分、水分以及旱稻萌发的影响。实验设置对照组CK(不添加改性纤维素和生物炭)、施加质量分数为0.05%的3种改性纤维素(CMC-NH_(4)、CMC-Na和CMC-K,分别标记为A1、B1和C1)、施加质量分数为0.10%的3种改性纤维素(分别标记为A2、B2和C2)、施加质量分数为0.50%的生物炭(D1)、质量分数为0.05%的3种改性纤维素与质量分数为0.50%的生物炭配施(分别标记为A1D1、B1D1和C1D1)、质量分数为0.10%的3种改性纤维素与质量分数为0.50%的生物炭配施(分别标记为A2D1、B2D1和C2D1),共14个处理,测定不同处理对土壤理化性质、养分、水分流失量、旱稻萌发的影响。结果表明:与CK相比,A1和A2处理均可以降低土壤pH值,分别达0.20和0.17个单位,而B1、B2、C2和D1处理均可以增加土壤pH值,分别达0.32、0.43、0.20和0.42个单位;与单施改性纤维素相比,CMC-NH_(4)和CMC-K与生物炭配施有增加土壤pH的趋势,而CMC-Na与生物炭配施对土壤pH无显著影响。与CK相比,A1、A2、B1和B2处理均可以显著增加土壤紧实度,分别达13.69%、22.90%、99.66%和113.58%;单施3种改性纤维素均在不同程度增加了土壤成块性和土壤表层结皮;A1D1、A2D1、B1D1和B2D1处理均可以在一定程度上降低土壤紧实度,分别达8.88%、11.78%、14.95%和14.24%,同时与单施改性纤维素相比,A1D1、A2D1、B1D1、B2D1、C1D1和C2D1处理也可以降低土壤表层结皮厚度,分别降低了52.55%、60.59%、29.94%、38.65%、43.54%和45.20%。与CK相比,A2和A2D1处理均可以显著增加土壤铵态氮含量,分别达275.84%和48.99%;而C1、C2、C1D1和C2D1处理均显著降低了土壤铵态氮含量,分别达51.01%、53.02%、41.61%和45.64%。单施3种改性纤维素和生物炭均在不同程度上增加了土壤硝态氮、速效磷、速效钾的含量,分别达9.01%~47.66%、17.94%~62.46%和11.44%~88.76%;而3种改性纤维素与生物炭配施也均增加了土壤硝态氮、速效磷和速效钾含量,分别达22.80%~34.87%、21.84%~64.20%和10.04%~95.72%,整体来看,3种改性纤维素与生物炭配施更有利于土壤养分的增加。与CK相比,仅A2D1、B1D1和B2D1处理显著降低了累计土壤水分流失量,分别达8.86%、6.33%和6.33%,其余处理无显著差异。与CK相比,A1、B1、C1和BC处理均可以显著增加旱稻生物量,分别达203.88%、133.49%、111.16%和18.93%;单施3种高剂量改性纤维素处理中,仅C2处理显著增加了旱稻地上部生物量,达71.84%;A1D1、A2D1、B1D1、B2D1、C1D1和C2D1处理均可以显著增加旱稻地上部生物量,分别达225.24%、147.57%、143.20%、138.83%、125.73%和119.90%。综合来看,质量分数为0.05%的3种改性纤维素与质量分数为0.50%的生物炭配施可以更有效改善土壤结构、增加土壤养分和旱稻地上部生物量,可以作为旱地土壤改良手段。

巯基化改性纤维素对水中Hg(Ⅱ)-四环素复合污染的处理研究

以巯基化改性纤维素(Cell-SH)为吸附剂,系统研究了其对水溶液中Hg(Ⅱ)和四环素(TC)复合污染的处理效果。实验考察了溶液pH和共存阳离子对复合污染处理效果的影响,并对吸附等温线、吸附热力学和动力学进行探讨,同时对其吸附机理进行探究。结果表明,在pH为6时,Cell-SH对Hg(Ⅱ)和TC复合污染的处理效果较好,溶液中共存阳离子对Hg(Ⅱ)的去除影响较小,而二价阳离子的存在对TC的吸附影响较大。循环再生实验结果表明,Cell-SH对TC和Hg(Ⅱ)的吸附表现出较好的循环使用性能,经历5个吸附-解吸循环,对TC和Hg(Ⅱ)的吸附率均仍能保持70%以上。吸附过程符合准二级动力学方程,等温吸附曲线均符合Langmuir等温吸附模型,表明Cell-SH对Hg(Ⅱ)和TC的吸附属于单分子层吸附,吸附过程主要以化学吸附为主。Cell-SH对Hg(Ⅱ)和TC的吸附作用主要涉及静电引力、络合作用及氢键结合等。

改性蔗渣纤维素-海藻酸钙-膨润土微球制备及吸附

以海藻酸钠、硅烷改性蔗渣纤维素为网络框架,膨润土为吸附单元,采用金属离子交联法联合物理包载法制备改性蔗渣纤维素-海藻酸钙-膨润土微球,研究其吸附亚甲基蓝,并阐述吸附机理。采用FT-IR(红外光谱)、SEM(扫描电镜)、BET(比表面积)、XRD(X射线衍射)和TGA(热重分析)分别对微球结构、形貌、孔隙结构、晶相和热性能进行表征。吸附结果显示微球对亚甲基蓝吸附符合准二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型,对亚甲基蓝饱和吸附量为523.56 mg/g。经过吸附-脱附5次后,微球吸附能力为85.44%。微球为类球形,表面有丰富的微介孔结构,微球结晶度较好,耐热性能较好,表明微球作为新型无机-有机复合吸附剂,为用于有机染料废水处理提供新思路。

改性纳米纤维素对铜离子的吸附

用内蒙古自治区武川县废弃的莜麦秸秆制备纳米改性莜麦秸秆纤维素,分别从吸附剂投加量,吸附时间和溶液pH值对其铜离子吸附性能进行对比研究,HCl-NTA-NOSC投加量在0.1g左右时,吸附率最高,可以达到30%至35%,最佳吸附时间为60分钟、在溶液pH值5左右时吸附效果最好。

改性麦草纤维素对苯胺吸附特性研究

【目的】通过改性麦草纤维素对苯胺吸附特性进行研究,建立紫外可见分光光度法吸附测定苯胺含量的方法。【方法】通过改变时间、初始浓度、温度和pH等试验变量,探寻最佳吸附条件。【结果】改性麦草纤维素对苯胺的吸附量随起始浓度的增加而增加,呈正相关。对苯胺的吸附60 min基本达到平衡;在25℃、pH=8.0时,吸附率达最大。改性麦草纤维素对苯胺有较好的吸附再生能力。【结论】改性麦草纤维素可以有效吸附苯胺,测定方法操作简单。

纤维素纳米晶改性及其环氧树脂复合材料的制备与性能研究

采用酸水解法从微晶纤维素中提取纤维素纳米晶(CNC),再分别用硅烷偶联剂和2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化剂对纤维素纳米晶进行改性,然后采用浇铸成膜法制备纯环氧树脂膜、含量为5%CNC、偶联改性CNC(K-CNC)及其TEMPO氧化改性CNC(T-CNC)/环氧树脂(EP)复合材料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计、热重分析仪和万能材料试验机对试样表面薄膜形貌结构、透光性能、热学性能、机械性能进行测试。结果表明:加入T-CNC及其K-CNC的EP复合材料,断面比纯EP膜更加粗糙,裂纹增加。加入CNC及改性后的CNC,EP复合材料的透光率有所降低,T-CNC/EP复合膜的透光率为83.9%,降低幅度最小,K-CNC/EP膜的拉伸强力为38.37MPa,拉伸强力最大,K-CNC/EP膜弹性模量为513.89MPa,和纯EP膜相比,其弹性模量增加了36.8%,T-CNC/EP及K-CNC/EP复合膜的热分解温度分别增加了7℃和10℃,热稳定性得以改善。

改性纤维素纳米晶/水性聚氨酯防腐涂料的制备

采用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)对纤维素纳米晶(CNC)进行表面改性,通过原位聚合法将改性CNC与水性聚氨酯(WPU)交联复合,在交联剂三羟甲基丙烷(TMP)的协同作用下,合成高度交联的改性CNC/WPU复合材料。通过FTIR、XRD、SEM、拉伸实验、电化学极化曲线和EIS表征了复合材料的结构及性能。结果表明,TMP含量[以聚丙二醇(PPG)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)总质量为基准,下同]2.0%与改性CNC含量(以PPG和IPDI总质量为基准,下同)1.5%共同添加制备的CNC/WPU复合材料性能最优,所得复合涂层表面致密,拉伸强度较空白WPU样品得到明显提高;涂层吸水率降至约6.0%,耐水性能良好;腐蚀电流密度降至9.76×10^(-8)A/cm^(2),阻抗谱容抗弧半径达3.15×107Ω·cm^(2),盐水中浸泡168 h涂层表面无明显变化,是综合性能优良的耐腐蚀涂料。

温度和pH双重响应的改性纳米纤维素制备及表征

通过表面引发单电子转移活性自由基聚合和自由基聚合法,分别将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和丙烯酸(AA)接枝聚合到纤维素纳米晶(CNCs)的羟基上,制备了PNIPAM和PAA双重接枝的改性CNCs(PNIPAM-g-CNCs-gPAA)。利用红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)和粒度仪等对改性CNCs进行了测试表征。FT-IR和XPS分析证实了改性CNCs的成功制备;TEM显示改性CNCs依旧保留棒状晶体形态但直径变宽;TGA表明改性CNCs的热稳定性较CNCs有显著提升;UV-Vis分析改性CNCs的低临界相转变温度(LCST)约为37℃,此时该纳米颗粒发生体积收缩,粒径收缩为原来的68%,且随着温度的提高,完成体积相转变的时间越短,此外该温度响应具有可逆性;UV-Vis对pH响应测试可知,在pH<5时,悬浮液的光透过率显著下降,表明接枝后的CNCs在强酸性条件下易团聚,而在中碱性环境下,亲水性良好,该p H响应具有可逆性。温度和pH双重响应的改性CNCs以期应用于如智能药物缓释、智能响应开关膜等领域。

纤维素-SiO_(2)的制备及在净化变压器油中的应用

变压器绝缘油在电力设备运行过程中会逐渐劣化,导致变压器油电气性能、理化性能大幅降低。采用吸附相反应技术,将亲水SiO_(2)纳米颗粒固载在微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)上,制备出具有高吸附性能的改性纤维素集尘体材料,联合静电吸附技术净化处理脏污变压器油。对于SiO_(2)改性纤维素集尘体材料,通过油品净化效果测试得出,最佳的制备条件为溶胀后干燥12 h,作为硅源的正硅酸乙酯(TEOS)加入量为6 g;将上述条件下合成的改性纤维素集尘体材料,置于静电净油反应器内,二者协同净化脏污变压器油后,油品的主要运行指标如水分由最初的32.0 mg/L以上降至23.5 mg/L以下,且其他包括介质损耗因数、酸值和体积电阻率等关键指标也均已达到运行油的国家标准。可见,静电技术结合改性纤维素吸附材料能够有效吸附油中的杂质颗粒。

ZrO_(2)/SiO_(2)改性隔热纤维素微纤维气凝胶复合织物的制备及其性能

为制备一种隔热的功能纺织品,分别以涤棉混纺机织物、PP熔喷无纺布、PP纺粘无纺布为骨架材料,将经2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)介导氧化后的纤维素微纤维与Zr^(4+)、SiO_(2)前体溶液的混合液浇筑到织物表面,经冷冻干燥后制备ZrO_(2)和SiO_(2)改性的隔热纤维素微纤维(CMF)气凝胶复合织物。通过傅立叶红外(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、热成像仪、厚度仪、强力拉伸仪等对气凝胶复合织物进行表面形貌、化学组成、隔热性能及服用性能分析。结果表明:气凝胶复合织物具有较高孔隙率,且气凝胶层与织物表面结合良好;FTIR和XRD表明Zr和Si成功附着在织物表面构成耐高温层;随着气凝胶层厚度的增加,复合织物的隔热性能也有所提升。本文制备的气凝胶复合织物具备优良的隔热性能,且服用性能良好。

3种改性纤维素对低盐鱼糜-蟹肉混合凝胶品质的影响

目的研究不同添加量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)的微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)、甲基纤维素(methyl cellulose,MC)和羟丙基甲基纤维素(hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC)3种改性纤维素对低盐鱼糜-蟹肉混合凝胶品质的影响。方法以白鲢鱼糜和性早熟中华绒螯肉为原料制备混合凝胶,用物性仪、离心法以及色差仪测定混合凝胶的凝胶强度、持水性和白度,并通过傅里叶红外光谱、化学作用力、总巯基含量以及扫描电镜分析原因。结果低盐鱼糜-蟹肉混合凝胶添加0.2%MCC时,凝胶品质更好。凝胶强度、持水力得到了提高,白度也得到了改善。同时α-螺旋结构展开,β-折叠结构形成,疏水作用力增大,总巯基含量降低,二硫键含量升高,微观结构变得更加有规律,有利于混合凝胶网络结构进一步形成。结论添加0.2%的MCC可以有效改善低盐鱼糜-蟹肉混合凝胶品质。

改性纤维素对旱稻萌发和旱地土壤性质的影响

水资源短缺和养分利用率低一直是制约我国旱地农业发展的重要因素,而改性纤维素能够有效固持土壤水分和养分,同时还具有缓释作用促进作物生长。探究了羧甲基纤维素(Carboxymethylcellulose,CMC)对旱地土壤性质的影响及其在植株生长过程中的实际应用效果,为羧甲基纤维素在旱地土壤中施用量、施用方法提供科学依据。通过旱稻盆栽试验,研究CMC-NH4、CMC-Na和CMC-K施加量为0.05%、0.10%、0.30%和0.50%时对旱稻萌发、土壤水分、物理性质、养分的影响。结果表明,与对照组相比,施加0.05%的3种改性纤维素均可以促进旱稻萌发和增加地上部生物量,达214.29%~316.33%。施加改性纤维素能降低培养前期土壤水分流失量,但对土壤累积水分流失量无显著性影响;其对土壤物理性质影响较大,尤其是CMC-NH4和CMC-Na可以增加土壤硬度以及土壤紧实度。施加CMC-NH4有降低土壤pH的趋势,而施加CMC-Na和CMC-K有增加土壤pH的趋势。施加CMC-NH4可以增加土壤硝态氮和铵态氮含量,分别达202.45%~1017.79%和48.20%~172.60%;3种改性纤维素均在不同程度上提高了土壤速效磷含量;仅施加CMC-K可以显著增加土壤速效钾含量,达344.94%~1458.73%。因此,3种改性纤维素施加量为0.05%时有利于作物生长和土壤养分的增加,可以作为旱地土壤改良剂应用。

小檗碱改性羧甲基纤维素的制备及抑菌性评价

为了保护纸张并解决细菌耐药性问题,以羧甲基纤维素和小檗碱为原料,通过希夫碱反应制备了小檗碱化羧甲基纤维素(BBR-DCMC)。采用单因素实验和响应面法优化了制备工艺,采用纸片琼脂扩散法进行抑菌性测定。研究结果表明:BBR-DCMC的合成最佳工艺条件为双醛羧甲基纤维素与改性小檗碱质量比为7∶15,反应温度39.0℃,pH值为5.0,且由该响应面法所建立的模型真实可靠。此外,BBR-DCMC对细菌和霉菌有较好的抑菌防霉性,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的最小抑菌浓度MIC均为0.2 mg/mL,对黑曲霉和白念珠菌的最小抑菌浓度均为0.4 mg/mL。该研究为纸质文物的保护提供了一定的理论指导。

纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展

在对纤维素的结构和基本性质进行简单介绍的基础上,总结了纤维素的改性方法,包括纤维素的氧化反应、醚化反应、酯化反应、接技共聚反应、阴阳离子交换纤维素的改性。进一步综述了改性纤维素在重金属离子废水、染料废水、有机废水、造纸废水及农业废水等废水处理过程中的应用研究进展。

改性玉米苞叶纤维素/纳米滑石粉/豌豆淀粉复合膜的制备及性能表征

为开发绿色可降解的食品包装材料,本文以豌豆淀粉(pea starch,PS)为主要成膜基质,改性玉米苞叶纤维素(modified corn bract cellulose,MCBC)、纳米滑石粉(nano talcum powder,NTP)为增强材料,甘油为增塑剂,共混流延制备复合膜,测定其膜性能,并用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱对复合膜进行表征,最后对其进行热重分析与降解性分析。结果表明,经单因素实验及正交试验得到最佳复合膜制备工艺为PS 8%,甘油2.5%,MCBC 0.8%,NTP 0.15%,在此条件下制得的复合膜厚度为0.042 mm,透光率32.58%,抗拉强度32.48 MPa,断裂伸长率33.61%,水蒸气透过率0.19×10^(−10)g/(m·s·Pa),透油系数0.006 g·mm/m^(2)d,吸水率55.79%,溶解度18.04%。扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)结果显示,复合膜表面光滑均匀,结构致密;傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)结果显示,MCBC、NTP、PS三者之间相容性良好,分子间氢键作用增强;热重分析(thermal gravimetric analyzer,TGA)结果显示,复合膜热分解温度为318.12℃,热稳定性提高;降解性分析表明土壤掩埋8 d时自然降解率为96.47%,可完全生物降解,本研究为MCBC/NTP/PS复合膜在食品工业中的应用提供了参考。

漂白竹浆疏水改性纳米纤丝化纤维素的制备和表征

纳米纤丝化纤维素(NFC)通过化学改性的方法可以赋予其特殊表面性质。研究以漂白竹浆为原料,采用机械(球磨机和高压均质机)和化学改性相结合的方法,制备改性纳米纤丝化纤维素(m-NFC)。在球磨中使用丁酰氯为酰基化试剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为分散剂,降低纤维尺寸的同时对纸浆纤维进行化学改性,再经高压均质机处理制备了取代度为2.07的m-NFC。利用激光粒度分析仪、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)对m-NFC的结构和形态进行表征。均质20次最高压力80 MPa制备的mNFC微纤丝长度为316.9 nm,直径分布在25~80 nm范围内,强物理机械力作用改变了m-NFC的晶体结构。改性后的m-NFC在低极性溶剂丙酮中具有较好的分散稳定性。研究结果可为纳米纤丝化纤维素应用于疏水性生物基质材料制备提供依据。

氨三乙酸改性纳米纤维素对重金属的吸附

以使用内蒙古自治区武川县废弃的莜麦秸秆制备纳米改性莜麦秸秆纤维素,分别从吸附剂投加量,吸附时间和溶液pH值对其铜离子吸附性能进行对比研究,H_(2)SO_(4)-NTA-NOSC投加量在0.05 g左右时,吸附率最高,最高可以达到25%至30%。最佳吸附时间为60 min,60 min时吸附量到达峰值。在溶液pH值4左右时吸附效果最好。