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纤维素溶剂化及溶解机理研究

吴远艳  
【摘要】:纤维素的溶解及水解反应是实现其有效的资源化利用的主要途径。本文将微晶纤维素溶解于溴化锂、溴化钙、溴化锌及氯化锌四种无机盐溶液中,通过改变无机盐溶液的浓度及溶解时的温度,得出每种盐溶液的溶解条件,并通过红外光谱、XRD、电镜扫描及偏光显微镜分别得到这四种盐溶液均是微晶纤维素的非衍生化溶剂、溶解后纤维素的构型由纤维素Ⅰ变为纤维素Ⅱ,再生纤维结晶度下降、再生纤维的表面形态及纤维素在盐溶液中的溶解过程。除此之外,本文将四种盐溶液分别对浆板、棉纤维及微晶纤维素进行了溶解,溶解结果显示着四种盐溶液对聚合度较大的浆板及脱脂棉也有很好的溶解效果。通过向氯化锌和溴化锌两种溶液溶解后的纤维样品中分别添加少量的盐酸(1wt%、2wt、3wt%),进行溶解后样品的稀酸水解反应,经过HPLC测定不同的盐酸添加量及不同的水解时间后得到的样品中甘露糖的得率维持在20%-40%之间,且随着水解时间的延长,或者所用盐酸的增多均能使得溶液中葡糖糖的得率增大,纤维素的水解率增加,葡萄糖的得率最大可达到64.98%,纤维素的转化率最高为96.32%。通过分子动力学模拟方法对纤维素Ⅰβ在氯化锌溶液中的溶解过程进行动力学模拟,模拟结果显示纤维素Ⅰβ在混合系统内的排列规则性降低、混乱度增加,纤维素分子间的氢键减少,而与溶液间的氢键数量增多,在溶解过程中纤维素上的羟基上的氢与盐溶液中的氯离子形成氢键作用,且经过溶解后纤维素伯醇羟基由tg构型转变为gt构型,纤维素的晶体结构由纤维素Ⅰ变为纤维素Ⅱ,模拟结果与实验结论很好的吻合。


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