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《南京林业大学》 2017年
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玉米秆纳米纤维素的提取、表征及应用

黄思维  
【摘要】:玉米秸秆作为我国高产农作物废弃物之一,被划分为生物产量高而经济系数低的农业废弃物,年产量在1.7亿吨左右。大部分被直接焚烧还田,不仅浪费生物质能源,而且带来严重的环境污染和火灾等社会问题。玉米秸秆由根、茎、叶组成,其中茎是主要部位。茎又由皮、瓤、节构成,其中瓤的组成均一性较差,内部含有一定量的糖分,适用于饲料制作、缓冲材料等领域。因此,本课题的主要研究对象是去瓤后的玉米秸秆,简称去髓玉米秆。传统的玉米秸秆利用方式主要包括制糖、酿酒,生物质酒精,催化制氢,颗粒燃料、吸附材料、糠醛的制造。然而,随着纳米技术的兴起,纳米纤维素的研究逐渐受到广泛的关注。而利用玉米秸秆废弃物制备纳米纤维素,不仅变废为宝,而且减少污染,因此具有研究价值和应用前景。论文采用硫酸水解法对玉米秆进行纳米纤维素的分离,并将其与具有代表性的水溶性高分子聚合物聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)混合制备复合薄膜,有效地将天然高分子运用到水溶性高分子中。论文研究了玉米秆的成分和热稳定性。去髓玉米秆、玉米叶和玉米秆根的碳元素含量分别为44.88%,45.30%和46.87%,纤维素的含量分别为32.73%,35.43%和32.26%。去髓玉米秆、玉米叶和玉米秆根的起始分解温度分别为243.39℃,258.09℃和258.04℃,去髓玉米秆比玉米叶和玉米秆根更容易发生降解。论文采用硫酸水解法从去髓玉米秆制备CNC,玉米秸秆制备的CNC的平均直径为6.4±3.1 nm,长度120.2±61.3 nm,长径比为18.7,结晶度为76.44%,属于纤维素Iβ结构。CNC的热降解起始温度约为239.50°C。在转化率为0.1到0.8之间,通过Friedman,F-W-O和Coats-Redfern三种模型计算出CNC的平均活化能分别为312.6 kJ·mol-1,302.8 kJ·mol-1和309 kJ·mol-1。制备的CNC活化能明显高于纤维素,内部氢键结合更有力,结构更稳定。论文对不同CNC含量(0,2.5%,5%,10%和20%)的PVA/PVP/CNC薄膜的流变学、热性能、机械性能和透光性能进行评价。黏度测试结果表明CNC的增加使悬浮液从牛顿流体向剪切变希行为转变。DMA结果表明纳米复合材料与纯PVA/PVP相比具有更好的机械性能。由于分散的CNC为纳米级别PVA/VPV/CNC保持良好的透明度。能够很好的减少薄膜紫外光的透过率,结果表明PVA/PVP/CNC薄膜是理想的食品包装材料,对食品的保鲜具有积极作用。论文以DMF为溶剂,通过静电纺丝制备PVP/CNC/Ag纳米复合薄膜。表征了纳米悬浮液的流变性及薄膜的形貌、热稳定性、机械性能和抗菌性能。相比于纯PVP溶液,PVP/CNC/Ag电纺悬浮液具有更高的导电性和更好的流变性。结果表明:随着Ag化合物和CNC的增加,聚合物溶液的导电性增高,电纺薄膜纤维的平均直径变细。随着CNC的增加,电纺复合纤维的热稳定性略有减小,拉伸强度增加,断裂伸长率略有下降。含Ag复合电纺薄膜对金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)具有良好的抗菌性能。增强后具有抗菌性的PVP/CNC/Ag电纺薄膜在生物医学领域具有良好的应用前景。
【学位授予单位】:南京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ352.7;X712

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