Pregătirea directă a nanofibrelor de celuloză din bambus prin acid nitric și peroxid de hidrogen permite
Jinlong Wang
2 Laboratorul cheie Guangxi de pulpă curată și fabricarea hârtiei și controlul poluării, Nanning 530004, China
Xusheng Li
2 Laboratorul cheie Guangxi de pulpă curată și fabricarea hârtiei și controlul poluării, Nanning 530004, China
Cântec Jianxiao
2 Laboratorul cheie Guangxi de pulpă curată și fabricarea hârtiei și controlul poluării, Nanning 530004, China
Kunze Wu
2 Laboratorul cheie Guangxi de pulpă curată și fabricarea hârtiei și controlul poluării, Nanning 530004, China
Yichun Xue
2 Laboratorul cheie Guangxi de pulpă curată și fabricarea hârtiei și controlul poluării, Nanning 530004, China
Yiting Wu
2 Laboratorul cheie Guangxi de pulpă curată și fabricarea hârtiei și controlul poluării, Nanning 530004, China
Shuangfei Wang
2 Laboratorul cheie Guangxi de pulpă curată și fabricarea hârtiei și controlul poluării, Nanning 530004, China
Date asociate
Abstract
Separarea fibrelor, deconstruirea atât a structurilor interlamelare, cât și a structurilor intermicrofibrile din peretele celular și scindarea regiunilor amorfe ale celulozei (toate atinse într-o baie de tratament asistat chimic), apoi extragerea nanofibrelor de celuloză (CNF) din biomasă, este ambele provocatoare și imperativ. O strategie simplă, rentabilă și ecologică pentru extragerea CNF-urilor din bambus utilizând acid azotic și peroxid de hidrogen (NCHP), pentru a permite fibrilația printr-un mecanism de cooperare, este demonstrată aici. NCHP-CNF-urile cu o lățime de 13,1 ± 2,0 nm, cu un raport de aspect ridicat, cristalinitate de 74%, rezistență UV excelentă și stabilitate termică ridicată, au fost extrase cu succes prin tratament în soluție apoasă HNO3, la o concentrație de 3,2 mol/L, și tratament cu 60,00 mmol/g H2O2 la 50 ° C timp de 48 de ore. Randamentele de NCHP-CNF au atins 73% și 99% pe baza de biomasă și, respectiv, celuloză, datorită selectivității ridicate de delignificare a OH + și a condițiilor apoase ușoare în timpul tratamentului cu NCHP. Aceste NCHP-CNF cu rezistență UV excelentă pot fi aplicate în domeniul acoperirilor rezistente la UV, pentru a înlocui materialele organice și anorganice.
1. Introducere
Nanofibrele de celuloză (CNF) au proprietăți excelente, cum ar fi suprafețe specifice extrem de mari, module Young ridicate, rezistențe specifice ridicate, densități scăzute și coeficienți de expansiune termică reduși, astfel cercetarea și dezvoltarea CNF-urilor au fost conduse atât de industrie, cât și de mediul academic [1]. Aplicațiile potențiale ale CNF includ purificarea apei [2,3], nanopaperul [4], aerogelurile [5], filmele de barieră împotriva gazelor [6], produsele farmaceutice [7,8] și alte nanomateriale de înaltă performanță și de înaltă tehnologie.
Celuloza este o macromoleculă liniară naturală formată din 300-15.000 de unități D-glucoză, legate prin legături β-1,4-glicozidice [9]. Datorită greutății lor moleculare și a legăturilor de hidrogen interceluloză (trei grupări hidroxil pe unitate de glucoză), lanțurile de celuloză se agregează ușor în fascicule. În general, 30–40 lanțuri de celuloză sunt agregate în microfibrile primare complet separate cu lățimea de 3-4 nm, cu regiuni cristaline și amorfe. Microfibrilele cu lățimea de 10-20 nm sunt compuse din câteva până la zeci de microfibrile primare. Microfibrele sunt încorporate într-o matrice formată din lignină și hemiceluloză, iar pereții celulari sunt asamblate prin structuri ierarhice unice prin legături de hidrogen și coeziune intermicrofibrilă pentru a forma structuri ferme în biomasă [10]. FNC sunt de obicei extrase din biomasă prin procese de tratament mecanic asistat chimic. Tratamente mecanice repetate, cum ar fi omogenizarea, sonicarea și microfluidizarea, sunt deseori necesare pentru scindarea legăturilor de hidrogen interfibrilare pentru a permite fibrilația, iar aceste procese consumă o cantitate mare de energie, ceea ce le face prohibitiv costisitoare pentru aplicații comerciale [9].