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π-π作用和疏水效应对碱木质素聚集行为的影响

冯鑫佳  
【摘要】:由于工业木质素可以用作不可再生材料的替代品,从而最近引起了全世界的关注。碱木质素是碱法制浆的副产品,并且改性后碱木质素作为阴离子表面活性剂应用广泛。如何高效利用碱木质素仍然面临着巨大的挑战,所以更好的了解碱木质素的结构和性质有助于提高应用附加值。目前来看,国内外科研工作者关于碱木质素的研究重点和热点基本上都集中在碱木质素的分子设计和化学改性上面,而关于碱木质素聚集行为的研究,尤其是关于其聚集驱动力的研究,相比前者来说就比较少了。而碱木质素本身的改性和改性产物作为表面活性剂在工业中应用时,都是在溶液的环境下进行的,所以碱木质素在溶液中的分散稳定性,粘度以及在固体界面上的吸附性能对其改性和应用都有着十分重要的影响,这些都与碱木质素在溶液中的聚集行为有关。所以对碱木质素聚集行为的研究是十分必要的。 本文采用碘分子作为探针,来研究碱木质素溶液的π-π聚集。结果表明,碱木质素在THF中通过其芳香基团间的π-π相互作用形成π-π聚集(Jπ-π聚集),并且当向THF溶液中加入碘分子,随着碱木质素π-π碘电子迁移复合物的形成导致了π-π聚集的解聚。利用碘为探针来研究碱木质素的聚集行为和吸附性质,表明在碱木质素分子聚集中,大概有18%的芳香基团形成了π-π聚集。当碘分子加入到碱木质素溶液中时,电子由碱木质素芳香基团的最高已占轨道迁移到碘的最低未占轨道而形成电子迁移复合物。由于静电斥力消除了芳香基团间的π-π相互作用,所以碱木质素π-π碘复合物的形成降低了芳香基团间相互靠近的亲和力。π-π聚集体的解聚导致了碱木质素分子链间的解离行为,进而导致了分子的舒展。当制备AL/PDAC静电逐层自组装膜时,溶液中碱木质素分子聚集体的解聚会导致吸附量的降低和吸附速率的增加。所以,碱木质素的吸附行为可以通过调节π-π聚集来进行控制。 采用加盐法来研究疏水作用对水溶液中碱木质素聚集行为的影响。结果表明,随着盐的加入,碱木质素分子在溶液中变得更加聚集。随着盐浓度的增加和盐价态的升高,随之增大的碱木质素分子的水力学直径和比浓粘度表明碱木质素的聚集程度也随之增加。碱木质素的聚集行为会影响到其在固/液界面上的吸附行为,随着盐浓度的增加和盐价态的升高,碱木质素自组装膜的吸附量和粗糙度也随之增加。 碱木质素聚集行为的研究为其改性和应用提供理论依据,从而推动木质素资源化的高效利用。


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