納米纖維素
發(fā)布日期：2023-09-11 瀏覽次數(shù)：346次
應(yīng)用背景
隨著社會(huì)與人類(lèi)文明的不斷進(jìn)步，煤炭、石油等不可再生資源不斷被消耗，地球環(huán)境壓力也日益增加，可持續(xù)發(fā)展也上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面?？稍偕Y源，特別是綠色生物能源的利用將是未來(lái)研發(fā)應(yīng)用的重要方向。世界能源資源危機(jī)使可再生資源的開(kāi)發(fā)與利用成為一個(gè)熱點(diǎn)，大量陸生植物和水生植物及其廢棄物是目前國(guó)內(nèi)外特別是發(fā)達(dá)國(guó)家可再生資源領(lǐng)域研究和開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)，必將成為未來(lái)非再生資源的補(bǔ)充和取代物。
應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
納米纖維素（nanocrystalline cellulose,簡(jiǎn)稱NCC）是以富含纖維素的生物質(zhì)材料為原料，通過(guò)去除半纖維素、木質(zhì)素等非纖維成分，并采用機(jī)械的、化學(xué)的或生物的方法將其任一維尺寸縮減至100nm以內(nèi)的纖維素材料。納米纖維素的直徑通常為5～100nm，長(zhǎng)度在幾十到數(shù)百納米之間，具有較高的長(zhǎng)徑比。納米纖維素不僅承繼了纖維素的一些特性，如可再生、可降解性、親水性、廣泛的化學(xué)可修飾性，而且具有非常多的優(yōu)異性能，比如粒徑小、比表面積大、高強(qiáng)度、高硬度、密度小等，而且其表面含有大量的極性基團(tuán)，非常容易進(jìn)行表面改性，使其表面電位升高，從而導(dǎo)致在基體或溶液中的穩(wěn)定性增加。
應(yīng)用案例
Henriksson等研究發(fā)現(xiàn)，用纖維素內(nèi)切酶水解云杉木漿可以促進(jìn)后續(xù)高壓均質(zhì)過(guò)程中纖維素的崩解。這種方法制備的納米纖維素具有更高的分子量和更大的長(zhǎng)徑比。用纖維素內(nèi)切酶水解云杉和松樹(shù)混合木漿，然后進(jìn)行高壓均質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了木質(zhì)纖維的可控納米化工藝。
應(yīng)用方案
目前，制備納米纖維素的主要方法包括生物化學(xué)法和機(jī)械法。其中生物化學(xué)法主要生物酶水解法或酸水解法，此種方法獲得的納米纖維素常為膠狀顆粒，其產(chǎn)品通常為納米微晶纖維素、納米晶須或納米晶體纖維素; 機(jī)械法主要包括高壓均質(zhì)、高速剪切、研磨、超聲波，這種機(jī)械法制備的納米纖維素主要呈纖維狀，產(chǎn)品稱為納米纖維素纖維或者纖維素微纖絲。為了提高納米纖維素的制備效率，國(guó)內(nèi)外學(xué)者探索了多種纖維素材料的預(yù)處理方法，如化學(xué)改性、溶劑處理和酶解等方法。酶水解法制備納米纖維素，工藝條件溫和、專一性強(qiáng)、環(huán)境友好，但產(chǎn)率較低。高壓均質(zhì)法可以比較容易地放大至工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，但其能耗偏大，而且植物纖維中的長(zhǎng)纖維經(jīng)常會(huì)引起設(shè)備內(nèi)部特別是活動(dòng)部件如閥門(mén)處的堵塞，必須拆卸清洗，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率。因此，采用生物化學(xué)法輔助高壓均質(zhì)的方法來(lái)制備納米纖維素可以有效的彌補(bǔ)兩種方法的缺陷。
解決方案
國(guó)內(nèi)曾有學(xué)者研究以目前大量存在的竹、木、棉、麻和海藻等植物纖維為原料，針對(duì)不同組分植物纖維的規(guī)?；a(chǎn)均存難以攻克的技術(shù)和環(huán)境難題，重點(diǎn)研究精制分離、化學(xué)水解和高壓均質(zhì)作用相協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)，采用PhD高壓均質(zhì)機(jī)，合成高度有序排列的納米纖維素，其中直徑為20～30納米，長(zhǎng)度為數(shù)微米，能獲得高懸浮穩(wěn)定性納米纖維素溶膠。
納通優(yōu)勢(shì)
隨著新能源行業(yè)的日益增長(zhǎng)，研究人員越來(lái)越多尋求開(kāi)發(fā)高性能材料，其中材料的分散均勻性問(wèn)題總是在阻礙這個(gè)過(guò)程。納米技術(shù)的新突破有助于將新的和更有效的能源應(yīng)用帶入生活，高壓均質(zhì)機(jī)能為該領(lǐng)域科研人員和制造商提供納米化均質(zhì)分散的技術(shù)。高壓均質(zhì)機(jī)可以將材料顆粒尺寸減小到亞微米級(jí)，以產(chǎn)生穩(wěn)定的納米乳液和懸浮液。液滴尺寸的減小和顆粒更均勻的分散，材料的性能將顯著增加，可以達(dá)到更好的外觀，更優(yōu)越的效果，更少的有機(jī)溶劑添加等等，使得在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中脫穎而出成為可能。
1、制得的粒子粒徑小
2、粒度分布窄且均勻
3、效果顯著
4、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性強(qiáng)
5、可大批量連續(xù)生產(chǎn)
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