硫酸水解法納米纖維素的自組裝行為及其應(yīng)用研究.pdf

1、納米纖維素(NCC)以其大量、可再生、可生物降解以及優(yōu)良的力學(xué)性能，不僅在材料合成上展示出極高的楊氏模量和強(qiáng)度等性能，加之具有材料輕質(zhì)、生物相容及自組裝等特性，使其在納米組裝材料及模板材料中顯示出巨大的應(yīng)用前景。本文以硫酸鹽漂白針葉漿(BSKP)為原料，通過(guò)H2SO4水解法制備棒狀NCC，基于NCC的自組裝行為和模板特性將其應(yīng)用于濕敏薄膜和多孔材料制備。
　　以BSKP為原料，采用H2SO4水解法制備N(xiāo)CC，通過(guò)改變反應(yīng)時(shí)間、H2

2、SO4濃度、反應(yīng)溫度得到不同的產(chǎn)物。三個(gè)變量對(duì)產(chǎn)物的粒徑和得率影響較大，對(duì)電位影響較小。當(dāng)H2SO4濃度為64 wt％、反應(yīng)溫度為45℃時(shí)可制備出穩(wěn)定懸浮的NCC溶液。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為30min時(shí)可制備出得率較高（約30％）的NCC懸浮液，產(chǎn)物為表面帶有少量電荷(-22.07 mV)的納米尺寸棒狀結(jié)構(gòu)(200～400 nm，寬5～15 nm)，在溶液中能夠穩(wěn)定存在，呈膠體狀。
　　基于NCC自組裝的行為，在自然蒸發(fā)的條件下制得了含左旋

3、手性結(jié)構(gòu)的薄膜，對(duì)NCC膠狀溶液的液晶相和固體薄膜中手性結(jié)構(gòu)以及濕敏性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:當(dāng)膠狀溶液中NCC濃度大于2.83 wt％時(shí)，NCC組裝形成各向異性的手性向列液晶相結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)的雙折射特征，偏光顯微鏡下可觀察到明顯的指紋織構(gòu)。干燥成膜后，長(zhǎng)程左旋手性結(jié)構(gòu)保留，螺距介于1～2μm之間。手性纖維素薄膜具有優(yōu)良的濕敏性能，隨著周?chē)h(huán)境濕度的增加，對(duì)光的吸收波長(zhǎng)出現(xiàn)可逆的紅移現(xiàn)象，表面官能團(tuán)以O(shè)-H為主，200℃以下熱穩(wěn)定性良好。

4、
　　基于NCC的模板性能，加入TMOS與之充分混合，采用煅燒法去除模板得到多孔二氧化硅材料。結(jié)果表明:所得產(chǎn)物呈介孔結(jié)構(gòu)，模板劑的添加量影響產(chǎn)物的孔結(jié)構(gòu)和吸附性能。當(dāng)模板劑添加量在60 wt％左右時(shí)，可得到高比表面積(628.33 m2·g-1)、大孔容(0.77 cm3·g-1)的介孔二氧化硅材料，孔徑集中分布在4～10nm之間，在25℃對(duì)VB12具有較強(qiáng)的吸附性能(189.12 mg·g-1)。
　　以NCC為前驅(qū)體，

5、加入四乙氧基硅烷(TEOS)/四甲氧基硅烷(TMOS)與之充分混合，經(jīng)炭化和堿刻蝕過(guò)程制備多孔炭材料。產(chǎn)物具有多層特征和發(fā)達(dá)的介孔結(jié)構(gòu)，熱穩(wěn)定性良好，孔徑分布集中在4～10 nm之間。產(chǎn)物的比表面積、總孔容積受模板劑添加量影響顯著。當(dāng)模板劑添加量在50 wt％左右時(shí)，可制備出高比表面積(933.90 m2·g-1)、大孔容(0.87 cm3·g-1)介孔炭，在25℃環(huán)境中對(duì)維生素B12(VB12)的平衡吸附量為336.53mg·g-1。