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《河南科技大学》 2017年
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离子液体中木质纤维素生物质的溶解及再生材料的结构和性能

曹利利  
【摘要】:木质纤维素生物质原料是自然界中储量丰富的可再生资源,具有可生物降解、绿色环保、价格廉价等优点,是化石资源的潜在的替代品。但是,由于木质纤维素生物质的结构复杂性,其进一步开发利用受到极大地限制。作为新型溶剂,离子液体具有熔点低,不易挥发,几乎没有蒸汽压,较好地稳定性和溶解性能等优点,是溶解木质纤维素的良好溶剂。本文以玉米芯和柳木为原料,生物衍生化胆碱丁酸盐为溶剂,制备出木质纤维素气凝胶,并将气凝胶应用于模拟污水中染料的吸附研究。同时,本文设计了四丁基铵丙酸盐/N-甲基咪唑(MIM)新型溶剂体系,测定了纤维素在这种溶剂中的溶解度,研究了MIM与四丁基铵丙酸盐的质量比对纤维素溶解度的影响及可能的溶解机理,同时探索了制备条件及制备流程对纤维素材料形貌的影响,主要研究内容如下:1、以生物衍生化胆碱丁酸盐离子液体为溶剂,通过调控木质纤维素原料(玉米芯和柳木)在胆碱丁酸盐离子液体中的浓度及制备条件,制备得到一系列木质纤维素气凝胶。研究结果表明,木质纤维素气凝胶的形貌结构主要取决于木质纤维素溶液的浓度。随着木质纤维素浓度的增加,木质纤维素气凝胶的孔径减小,孔壁增厚。同时,还发现,制备条件(木质纤维素溶液预冷冻、液氮冷冻、冷冻-解冻循环)几乎不影响木质纤维素气凝胶的形貌结构。而且,在这些条件下制备的气凝胶与由木质纤维素溶液直接制备的气凝胶很相似。本研究为通过简单易行途径制备木质纤维素气凝胶提供了新思路。2、研究了玉米芯气凝胶对模拟污水次甲基蓝溶液中次甲基蓝的吸附效果,结果表明0.5%的玉米芯溶液制备的气凝胶对次甲基蓝的脱色率最高,并高于玉米芯原料本身和其它玉米芯气凝胶的脱色率。而且,气凝胶对次甲基蓝溶液的吸附速率在刚开始阶段较快,吸附时间达到2 h时,吸附达到饱和。当吸附温度为40°C时,气凝胶对次甲基蓝脱除效果最好。本研究成果为有效利用价格低廉的可再生木质纤维素原料治理环境污染具有重要参考价值。3、设计了新型溶剂四丁基铵丙酸盐/N-甲基咪唑(MIM)溶剂体系,测定了纤维素在这种体系中的溶解度,系统研究了MIM与四丁基铵丙酸盐的质量比对纤维素溶解度的影响及纤维素在这种溶剂中的溶解机理。同时,探索了调控制备条件及流程对再生纤维素材料形貌结构及性能的影响。25°C下,四丁基铵丙酸盐为固态,MIM不能溶解纤维素,而四丁基铵丙酸盐/MIM溶剂对纤维素具有很好的溶解性能。在四丁基铵丙酸盐/MIM溶剂中,MIM主要将四丁基铵丙酸盐([(CH_3CH_2CH_2CH_2)_4N][CH_3CH_2COO])解离为[(CH_3CH_2CH_2CH_2)_4N]+阳离子和[CH_3CH_2COO]-阴离子,溶剂中的[CH_3CH_2COO]-对纤维素溶解起主导作用。纤维素在四丁基铵丙酸盐/MIM溶剂中的溶解机理可能是,[CH_3CH_2COO]-阴离子与纤维素中的羟基氢相互作用,打开了纤维素内部的氢键,从而导致纤维素溶解。此外,通过调控制备条件及流程得到了多孔及质地致密的纤维素材料,再生纤维素材料为纤维素II型。而且,在纤维素溶解等流程中,纤维素的化学结构几乎没有变化,且与溶剂不发生化学反应。
【学位授予单位】:河南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O636.11

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