纳米纤维素制备技术及产业化现状

近年来,随着人们对于可再生生物质资源转化利用的日益重视,纳米纤维素因其独特的性质而受到广泛关注。纳米纤维素在高性能复合材料、电子产品、催化材料、生物医用材料和能源等领域的潜在应用引起了学术界和工业界的浓厚兴趣。纳米纤维素与有着近100年发展历史的石油化工产品之间的竞争将是大势所趋。林业行业、建筑业、石化行业和制造业之间的密切合作是将绿色纳米纤维素引入大型消费品市场的关键。纳米纤维素的成本和性能非常具有市场竞争力,其两大主要产品为纤维素纳米纤丝(CNF)和纤维素纳米晶体(CNC)。目前,CNF的制备主要是用化学和酶解等方法对纤维素纤维进行预处理,再通过机械解纤法来分离和减小经过预处理的CNF尺寸。CNC则是利用无机酸、有机酸、氧化、酶解、离子液体、低共熔溶剂(DES)或超临界水法对纯化纤维素处理得到的。CNF和CNC未来的市场发展将取决于新型高效溶剂体系的开发(如固体有机酸和DES等),可大量应用纳米纤维素、有效降低总体生产成本的相关产品(如纳米纤维素复合钻井液、纳米纤维素-水泥复合材料和纳米纤维素改性塑料等)的研发,以及纤维素纳米材料的相关国际标准、生理毒性和使用规范的制订,从而帮助相关部门研发和利用纤维素纳米材料。

植物纤维纳米化拆解分离与高值利用

为进一步阐述机械剪切对植物纤维纳米化拆解分离的作用机制。采用超微细磨一微射流纳米均质化联合的方法制备纤维素纳米纤丝，对其微观形貌、晶体结构、分子聚合度等特性进行综合表征，并探讨了其新型功能材料的主要性能与应用前景。结果表明。微射流纳米均质化特有的剪切方式能拆解分离超微细磨产生的大径级“顽固”微纤丝束（团），提高纤维整体性能。纤维素纳米纤丝直径8～40nm。长约数微米，在溶液中高度网状交联；保持原料纤维的晶型，结晶度降至44％，分子聚合度降低32％。其自组装薄膜力学性能好、透光性强，是新型集成电路、显示器材、光学材料的良好基材。纤维经过功能化修饰后，获得的新型功能材料质轻多孔、绿色环保、性能可裁剪设计，在污水（空气）净化处理、高效催化、智能控制等领域具有巨大的应用潜力。