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从离子液体溶液制备木素纤维素气凝胶

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ThepreparationoflignocellulosicaerogelsfromionicliquidsolutionsOlliAaltonen*,OlliJauhiainenVTTProcessChemistry,P.O.Box1000,02044VTT,Finland

articleinfoArticlehistory:Received5May2008Receivedinrevisedform2July2008Accepted3July2008Availableonline10July2008

Keywords:AerogelsCelluloseLignocelluloseLigninXylanCriticalpointdryingSupercriticalCarbondioxideIonicliquids

abstractNanofibrillaraerogelswerepreparedfromcellulose,sprucewoodandfrommixturesofcellulose,ligninandxylan.Thelignocellulosicpolymerswerefirstdissolvedinanionicliquidandcoagulatedfromsolu-tionbyaddingaqueousethanol.Theobtainedgelwaswashedwithethanolandliquidcarbondioxideandfinallydriedbyreleasingthecarbondioxidefromtheporousstructureatsupercriticaltemperaturetoobtaintheaerogel.Thebulkdensitiesofthebiopolymeraerogelsrangedfrom25to114g/landtheinter-nalsurfaceareas(BET)from108to539m2/gdependingonthebiopolymermixandonthepolymercon-centrationintheionicliquidsolution.Allaerogelswerecompressibleandconsistedofnanofibrillarbiomaterialnetworkwithopen-porestructure.Ó2008ElsevierLtd.Allrightsreserved.

1.IntroductionInteresttowardsultralightweightcelluloseaerogelshasarisenduetotheirgreenstatus,biodegradabilityandtheirpotentialuseasnanostructured,bio-basedmaterialsforthermalinsulators,sup-ercapacitors,storingmediaforgasesinfuelcells,filtermaterialsforextremelyfineparticles,drugdeliverysystems,drugcoatingpur-poses,etc(Hoepfner,Ratke,&Milow,2008;Jin,Nishiyama,Wada,&Kuga,2004;Rosenau,2007;Tan,Fung,Newman,&Vu,2001).Aerogelscanbeproducedfromasolutionofabiopolymerwhichformsagelnetworkbyentrappingtheoriginalsolvent.Thesolventwithinthegelnetworkisthenreplacedbyairwithoutcollapsingthebiopolymernetwork.Cellulosicaerogelswerefirstpreparedfromcelluloseandnitro-cellulose‘‘jellies”inordinaryorganicsolvents.Kistler(1931)andco-workersdescribedthesolventexchangeofsuchjelliesfollowedbydryinginsupercriticalpropanewithoutcollapsingtheaerogelstructure.Nanofibrillarcelluloseaerogelshavealsobeenpreparedbythedissolutionofcelluloseinhot,aqueouscalciumthiocyanatefol-lowedbyregenerationandacarefullycontrolleddryingprocedure(Hoepfneretal.,2008;Jinetal.,2004).Duringcoolingthehotcal-ciumthiocyanate/cellulose-solutionundergoesasol-to-geltransi-tionat80°C.Thecelluloseaerogelshaddensitiesfrom10to100g/landsurfaceareasfrom70to220m2/gdependingontheconcentrationofcelluloseinthethiocyanatesolutionandonthedryingmethod.Anotherwaytoproducecelluloseaerogelsistofirstprepareacellulosesolutionwithaone-component,non-aqueousandnon-derivatizingcellulosesolvent.Thesolutionisthentransformedintoagelbyaddingapolarnon-solvent.Thecellulosesolutionneednotbecompleteinthatitmaystillcontainundissolvedcellu-losefragments.Thecellulosesolventmustbecapableofdisruptingtheintermolecularhydrogenbondswhilesimultaneouslypreserv-ingthepolymerbackboneofcelluloseinessentiallyanundegradedstate.SuchcellulosesolventsincludeN-methylmorpholineN-oxide(NMMO)whichisusedasacellulosesolventinthecommercialLyocell-fiberprocess.Innerlohinger,Weber,andKraft(2006)andRosenau,Liebner,Potthast,Haimer,andWendland(2007)haveproducedaerogelsfromdissolvingpulpusingLyocelldopes.Thespecificdensitiesofthecelluloseaerogelsrangedfrom20to260g/ldependingonthecellulosecontentoftheLyocelldopesandontheregenerationprocedure.Substitutedpyridiniumandimidazoliumsaltsareknown,non-aqueousandnon-derivatizingcellulosesolvents.Theybelongtoagroupknownasionicliquidswhichhaverecentlyreceivedim-menseresearchinterestaslowvaporpressurereactionmediaandascatalystsinorganicchemistry.ThestoryoforganicsaltsorionicliquidsincellulosedissolutionstartedwithGraenacher’sworkasearlyas1934.Hefoundthat

0144-8617/$-seefrontmatterÓ2008ElsevierLtd.Allrightsreserved.doi:10.1016/j.carbpol.2008.07.008

*Correspondingauthor.Tel.:+358405020181.E-mailaddress:olli.aaltonen@vtt.fi(O.Aaltonen).

CarbohydratePolymers75(2009)125–129ContentslistsavailableatScienceDirectCarbohydratePolymers

journalhomepage:www.elsevier.com/locate/carbpolN-ethylpyridiniumchloridedissolvescellulose.Themeltingpointoftheethylpyridiniumsaltisapproximately118°Candthecellu-losesolutionstendtobecometooviscousforpracticaluse.There-foreanorganicsolvent,eitherdimethylformamideordimethylsulfoxidehasbeenaddedtothesolution(Husemann&Siefert,1969)tolowerthemeltingpointofthesolvent,tofacilitatecellu-losedissolution,toreducecellulosedegradation,andtomakeitpossibletospinfilamentsofprecipitatedcellulosefromthesolu-tion.Althoughspinningistechnicallypossible(Aaltonen,Karvinen,Komppa,Pohjola,&Pohjola,1977),thetwo-componentsolventsystemwasconsideredtoocomplexandfurtherresearchtodevel-opanalternativetotheviscoseprocesswasdroppedatthattime.Itwasnotuntil2002thatinterestinnon-aqueous,organicsaltsincellulosedissolutionrevivedwiththediscoverythatalkyl-substi-tutedimidazoliumchloridesalsodissolvecellulose(Swatloski,Spear,Holbrey,&Rogers,2002).Thebenefitofimidazoliumsaltsoverpyridiniumchlorideisthatupto10%cellulose-containingsolutionscanbeobtainedataround100°C.Kilpeläinen,Xie,King,Granström,andHeikkinen(2007)haveshownthatnotonlypurecellulosebutalsowoodandthermomechanicalpulpcanbedis-solvedinanumberofsubstitutedimidazoliumchloridesandinimidazoliumdicyanamide.Wehavenotfoundpublicationsaboutproducingaerogelsfromcelluloseorlignocellulosebiopolymersdissolvedinionicliquids.Theonlyreferencefoundthatisinthatareaisarecentreportthatgelformationoccurswhencellulose,dissolvedin1-butyl-3-meth-ylimidazoliumchloride,iskeptatroomtemperaturefor7days(Kadokawa,Murakami,&Kaneko,2007).Combiningtheknowledgethat(a)celluloseandwoodcanbedissolvedinanionicliquid(Kilpeläinenetal.,2007;Swatloskietal.,2002),(b)anionicliquidsolutionofcelluloseformsagelwhenabsorbingwater(Kadokawaetal.,2007),and(c)thatthecol-lapseofaerogelstructuresduringliquidremovalcanbeavoidedbyextractingtheliquidwithasupercriticalsolvent(Kistler,1931),weinitiatedastudyintothepossibilityofproducingaerogelsoraerogel-likenanostructuresfromwoodandfrommixturesoflignocellulosepolymers.Thisisareportofourresearchintheproductionofultralightweightaerogelsfromcellulose,cellulose–lignin,cellulose–lignin–xylanemixturesandfromsprucewoodusing1-butyl-3-methylimidazoliumchlorideasthesolventforthebiopolymermaterial.Topreparethebiopolymeraerogelsfromionicliquidsolutionsthebiopolymersolutionwasfirstcoagu-latedinaqueousethanol.Whileotherantisolventswouldalsodo,onereasonforchoosingethanolwasthatitsconcentrationinwatercanbeselectedfreely.Thisgivesthepossibilitytoad-justthehydrophilityofthecoagulationbathoverarange.Asolventexchangewasthenmadebyreplacingtheionicliquidandwaterwithanhydrousethanol.Thenethanolwasreplacedwithliquidcarbondioxide.Theotherreasonforchoosingetha-nolforthisphasewasthatitiscompletelymisciblewithcar-bondioxideundersufficientpressure.Thereforeitcanbeeasilywashedfromthehydrogelwithliquidcarbondioxide.Fi-nallythegelsweredriedbyreleasingcarbondioxidefromthebiomaterialatabovethecriticaltemperatureofpurecarbondioxide.Thepolymericmaterialsforthisstudywereselectedsothattheyrepresentthemaincomponentsofthelignocellulosicmaterialswhichmaybesolubleinionicliquids:cellulose,ligninandhemicel-lulose.Additionally,softwoodwaschosenaspresumablyrepresent-ingthemostdemandingrawmaterial.Bleachedsoftwoodpulpwaschosentorepresentrelativelypurecelluloseinfiberform.Forthelig-ninmodelcompoundweusedsodalignin.Sodaligninissulfur-freeandobtainedcommerciallyfromthecookingofnon-woodplantswithcausticsoda.Sodaligninisrecoveredfromthecookingblackliquor.Xylanwaschosenasthemodelcompoundtorepresent

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气凝胶的简单做法

气凝胶的简单做法

气凝胶的简单做法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：气凝胶，又称为"固体烟雾"，是一种具有微孔结构和极轻质的固体材料。

它被广泛应用于隔热、隔音、吸附、过滤等领域，也可以作为探测器件、传感器件等器件的基底材料。

气凝胶的制备方法有多种，其中一种简单的方法是通过使用化学方法将液体中的气体替换成固体来制备。

下面我们来介绍一种简单的气凝胶制备方法：材料准备：我们需要准备硅酸四乙酯、正丙醇、盐酸、水和甲醛等原料。

其中硅酸四乙酯是气凝胶的主要原料，而正丙醇是用来调节溶剂条件的，盐酸作为催化剂，水作为反应介质，甲醛用于交联硅氧烷链。

制备步骤：1. 在一个容器中加入适量的正丙醇和盐酸，同时搅拌均匀，然后向其中滴加硅酸四乙酯溶液，并继续搅拌。

2. 随着硅酸四乙酯的加入，溶液逐渐变为白色浑浊状。

继续搅拌，直至溶液变得透明。

3. 然后，向溶液中缓慢滴加甲醛，并继续搅拌。

甲醛可以促使硅氧烷链之间发生交联反应，形成气凝胶的结构。

4. 加入适量的水，继续搅拌均匀。

水的加入可以稀释溶液，促使反应进行更加均匀。

5. 将反应溶液转移到模具中，并在适当的条件下进行干燥，使其形成固体气凝胶。

制备好的气凝胶可以根据需要进行进一步加工，比如切割成不同形状、尺寸的气凝胶块，或者进行后续的表面处理。

制备气凝胶的方法相对简单，而且需要的原料和设备也比较简单易得。

通过上述简单的制备方法，我们可以制备出高质量的气凝胶，为各种领域的应用提供更多可能性。

希望这篇文章对您有所帮助，谢谢阅读！第二篇示例：气凝胶，又称多孔玻璃、低密度固体泡沫，是一种非常轻便且具有优异吸附性能的新型多孔材料。

气凝胶由于其独特的微观结构，被广泛用于环境净化、能量储存、隔热隔音等领域。

在实验室中，我们也可以通过简单的实验制作气凝胶，下面就让我们来看看气凝胶的简单制作方法。

我们需要准备一些基本材料和设备，包括氧化硅溶胶、氢氧化铝溶胶、盐酸、稀释剂、搅拌机、搅拌棒、容器等等。

离子液体在纤维素材料中的应用进展_刘传富

离子液体在纤维素材料中的应用进展_刘传富

第23卷第4期2006年4月精细化工FI NE C H E M I CAL SVo.l23,No.4Ap r.2006功能材料离子液体在纤维素材料中的应用进展*刘传富,孙润仓,任俊莉,叶君(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州510640)摘要:近两年来,离子液体开始应用在纤维素材料加工中,并已在纤维素的溶解、均相衍生化以及纸张、纤维、木材等纤维素材料的改性等方面取得了一些研究进展,该文就此进行了综述。

引用文献25篇。

关键词:离子液体;纤维素;溶剂;均相反应中图分类号:TQ352文献标识码:A文章编号:1003-5214(2006)04-0318-05Progress i n Applications of Ion i c L i quids to Cell ulose M ateri alsL I U Chuan-fu,SUN Run-cang,REN Jun-l,i YE Jun(State K ey Lab of Pul p and Pap er E n g ineer i ng,Sout h Ch i na Universit y of T ec hno logy,Guangzhou510640,Guangdong,China)Abstract:In recent years,ion ic liquids have been st u died as green so lvents for cellulose,reaction m edia for ho m ogeneous ce ll u l o se deri v atizati o ns,and preservatives,ant-i e lectrostatic agen ts and finish i n g agen ts for ce ll u l o se m aterials such as paper,w ood and fi b er.I n th is paper,recent deve l o pm ents are rev ie w ed w it h25refs.Key w ords:i o nic liquids;ce ll u l o se;solven;t ho m ogeneous reacti o nFoundation ite m:Na ti o na l natural science foundati o n of Ch i n a(30430550)and Guangdong natura l sc i e nce foundation(36567)纤维素是自然界中最丰富的可再生资源,已广泛应用于纤维、造纸、薄膜、聚合物、涂料等工业领域[1]。

纤维素与mba接枝共聚物在离子液体中的制备

纤维素与mba接枝共聚物在离子液体中的制备

纤维素与mba接枝共聚物在离子液体中的制备嘿，朋友们！今天咱们就像要做一道超级奇特的化学料理一样，来搞搞纤维素与MBA（甲基丙烯酸丁酯）接枝共聚物在离子液体中的制备。

这就像是把纤维素这个老实巴交的“木头大叔”和MBA这个调皮捣蛋的“小油滴”凑到一起开个大派对。

首先呢，咱得选个好场地，这离子液体就像是化学世界里的豪华泳池。

它特别神奇，既不是水那种简单的家伙，又能给咱的反应提供一个超棒的环境。

就好像是给“木头大叔”和“小油滴”提供了一个超酷炫的游乐场。

然后呢，要把纤维素这个“木头大叔”打扮打扮。

得把它弄成那种很听话、能和MBA好好玩的状态。

这就好比给大叔穿上一身特制的“时尚套装”，让它变得帅气又迷人，准备好去迎接MBA的到来。

接下来就是把MBA这个“小油滴”放进来啦。

这个时候就像是把一群调皮的小精灵放进了游乐场。

它们一看到纤维素这个“大叔”，就开始上蹿下跳，想要黏上去。

反应开始的时候呢，就像是一场疯狂的舞蹈。

纤维素上的一些小部位就像伸出了小手，抓住MBA这个“小油滴”。

这每一次的抓取就像是一场小小的爱情故事，“大叔”和“小油滴”就这么慢慢地结合在一起。

不过这过程中可不能乱了套。

就像一场盛大的音乐会，需要一个指挥家。

这时候一些催化剂就登场了，它们就像是音乐会的指挥家，指挥着“大叔”和“小油滴”按照正确的节奏结合。

随着反应的进行，接枝共聚物就像一棵不断生长的魔法树。

纤维素是树干，而MBA就像不断冒出来的树枝和树叶。

这棵树在离子液体这个“魔法土壤”里茁壮成长。

而且这个反应还得注意温度呢。

温度就像是给这场化学派对调的音乐音量。

如果温度太高，那就像是音乐声太大，大家都乱了阵脚，反应可能就失控了。

如果温度太低，就像音乐声太小，大家都没什么活力，反应也慢吞吞的。

在反应过程中，我们还得像个细心的保姆一样时不时去看看。

看看“大叔”和“小油滴”有没有好好结合，有没有哪个调皮的“小油滴”没找到自己的位置。

最后，当反应结束的时候，就像是一场盛大的派对结束了。

离子液体中自由基反应制备纤维素接枝共聚物_朱虎

离子液体中自由基反应制备纤维素接枝共聚物_朱虎

－1 维素本身的特性， 并且在 1760 和 1250cm 处分别 出现了丙烯酸的 C = O 伸缩振动和 C － O 伸缩振动
的特征吸收峰， 说明接枝产物存在羧基， 接枝成功。 因此， 接枝产物保留了纤维素骨架和丙烯酸各自的 特性， 接枝点在原来纤维素分子链的羟基上 。
图5
接枝产物的 FT － IR 图谱（ 溴化钾法）
［6 ］ ［5 ］
原料和试剂 脱脂棉： 市售， α － 纤维素含量为 94% ， 以铜乙 二胺为溶剂， 用 Ubbelodh 黏度计测得其 聚 合 度 为
4080 ； N － 甲基咪唑、 氯代正丁烷均为分析纯， 购于 丙烯酰胺 （ AM ） 、 北京百顺化学有限公司； 硝酸银、 过硫酸铵（ APS） 、 丙酮等均为分析纯； 工业酒精。 1． 2 离子液体的制备 1 － 丁基 － 3 － 甲基氯化咪唑根据文献报道合 成。N － 甲基பைடு நூலகம்唑和氯代正丁烷按摩尔比 1 ∶ 1． 2 加
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《造纸科学与技术》 2012 年 第 31 卷 第 3 期 入 250mL 圆底烧瓶中， 装上冷凝回流装置， 磁力搅 ， 80℃ 。 ， 拌 于 油浴反应 每隔一定时间 取样测定氯 离子含量， 计算得率。 1． 3 纤维素的溶解 将一定质量的离子液体加入三颈烧瓶中 ， 通 N2 100℃ 恒温油浴。按质量分数为 4% 称取脱脂 保护， 棉， 分次加入离子液体中， 在 N2 保护下连续搅拌数 直到用偏光显微镜观察溶液时呈满视野黑场 小时， 时， 即保证纤维素完全溶解在离子液体中 。 1． 4 接枝共聚反应 取配制好的浓度为 4% 的纤维素离子液体溶液 30g， 加热到 60 ～ 80℃ ， 在 N2 保护下， 加入引发剂过 缓慢加入丙烯酰胺 （ AM ） ， 连续搅拌 硫酸铵（ APS） ， 至反应时间， 终止反应。 趁热将反应产物涂于洁净 干燥玻璃表面， 刮成厚度约 0． 1mm 的薄膜， 待产物 ， 冷却后用工业酒精沉淀产物 直至离子液体全部析 出后， 继续洗涤， 用丙酮作为溶剂索氏抽提去除均聚 最后冷冻干燥至恒重。 凯氏定氮法分别测定再 物， 生纤维素膜与接枝后再生膜的含氮量， 按下式计算 接枝率： T= W － W0 × 100% WO 2． 2