地球上现存的不可再生资源的储量是非常有限的，如各种矿物质、石油和天然气等，少则几十年，多则百余年将被耗尽。因此，以石油和天然气为原料合成的各种功能性材料正面临着原料来源日益枯竭的困境。另一方面，
通过石油化工合成的高分子功能材料都是难于降解的，特别是随着塑料工业的快速发展，由塑料制品造成的“白色污染”对人类的生产和生活环境带来了极大的危害。为了解决以上问题，人们逐渐把目光转移到可再生资源上。纤维素是自然界中最为丰富的可再生资源，每年通
过光合作用可合成约1000×109t 。
纤维素属于多羟基葡萄糖聚合物，是无水葡萄糖残基通过β-1、4苷键连接而成的立体规整性高分子。由于纤维素的结构易于参与化学改性反应，因此可制备各种用途的功能材料例如高吸水材料、
贵重金属吸取材料、吸油材料、医疗卫生用材料等。同时纤维素可以粉状、片状、
膜以及溶液等不同形式出现，进一步提高了纤维素功能化的灵活性和应用的广泛性。此外，与合成高分子功能材料相比，纤维素功能材料所具有的环境协调性，使其成为目前材料研究领域的中最为活跃的领域之一，而再次成为人们的研究热点。
1纤维素反应活性
从化学结构看，天然纤维素分子内含有许多亲
水性的羟基基团；在物理构造上，纤维素又是一种
功能纤维素材料研究
程飞，甄文娟，潘鹏，单志华*
（四川大学制革清洁技术国家工程实验室，四川成都610065）
摘要：近年来，纤维素因来源广泛、可降解可再生等优点，对其的研究和应用受到越来越多的重视。其中吸附功能是纤维素类材料一个非常重要的应用分支，改性和未改性的纤维素可与多种类材料作用，涵盖了无机和有机材料。文章对目前进行的各种改性方法进行了分类，并以纤维素的改性方法为线索，综述了近年来以天然纤维素及其各种衍生物为基础的各种功能性研究。关键词：纤维素；氧化；吸附
中图分类号：TQ 352.9%%%文献标识码：A
Review of Function Materials Based on Cellulose
CHENG Fei ，ZHEN Wen-juan ，PAN Peng ，SHAN Zhi-hua*
（National Engineering Laboratory for Clean Technoligy of Leather Manufacture ，Sichuan University ，
Chengdu 610065，China ）
Abstract ：Recent years ，studies and application on cellulose have received more and more attention ，because of its properties of abundance ，biodegradability ，regeneration.Adsorption ability of cellulose-based material is one of their most important applications ，both natural and modified cellulose can ad －sorb many materials ，including inorganic and organic stuff.The paper classified cellulose modification methods ，summarized studies on adsorption properties of natural and modified cellulose materials in the recent years on the clue of modification methods.Key words ：cellulose ；oxidation ；adsorption 第19卷第1期2009年2月
皮革科学与工程LEATHER SCIENCE AND ENGINEERING
Vol.19，No.1Feb.2009
文章编号：1004-7964（2009）01-0027-05
收稿日期：2008-09-05
基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（200806101129）第一作者简介：程飞（1982-），四川大学2006级硕士研究生，研究方向：清洁化制革技术研究。*通讯联系人，zhihuashan@https://www.doczj.com/doc/c73352274.html,
皮革科学与工程第19卷
纤维状、多毛细管的高分子聚合物，具有多孔和大表面积的特性，因此纤维素具有一定的亲和吸附性，国内外的科研工作者已在这方面做了一些的研究。陈志勇等将红麻纤维素经过碱除杂、粉碎之后，对Zn2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+进行吸附，并且研究了吸附机理以及选择了吸附条件，发现对4种离子的饱和吸附量分别可达221.6、322.2、276、72.5mg/g[1]。国外有学者将大豆壳研磨成粒径100目左右的微粒，经不同的物理处理后制成3种吸附剂，然后在100℃水浴中对粗豆油中的杂质进行吸附去除。结果发现，3种吸附剂分别对豆油粗产品中的游离脂肪酸、过氧化物、磷脂有良好的吸附效果，去除率达50％以上[2]。锯屑也可以作为一种不错的吸附剂。有人以松树锯屑做吸附剂，对水溶液中的金属络合染料进行吸附，并且考察了吸附剂粒径、pH、吸附剂用量、反应时间和染料初始浓度对吸附效果的影响。结果发现，酸性条件下吸附效果较好，120min即可达吸附平衡；松树锯屑对金属络合蓝和黄的单层吸附容量分别达280.3和398.8mg/g，成本低廉，可替代活性碳[3]。还有人以印度红木锯屑为原料，经过甲醛和硫酸处理后用于污水中亚甲基蓝的吸附去除，同样研究了吸附条件对吸附效果的影响[4]。其他也有研究用大豆壳吸附过氧化物，木屑、锯屑、谷壳、咖啡渣、茶渣来除臭，稻草杆为原料吸附油脂等。
2纤维素的改性方法
纤维素是一种直链多糖，分子结构中大量羟基的存在，使其在分子链之间和分子链内部形成了广泛的氢键，这种羟基覆盖结构影响了其反应活性。因此天然纤维素的吸附（如吸水、吸油、吸重金属等）能力并不很强，而且吸附容量小，选择性低，必须通过改性才能成为性能良好的吸附性材料。
纤维素的改性方法可以分为物理方法和化学方法。使纤维素的物理形态发生变化（如薄膜化、球状化、微粉化等）赋予纤维素新的性能称为物理方法。通过分子设计改变部分化学结构，使其成为具有特殊物理化学性能的纤维素高分子材料的方法称为化学方法。
改变纤维素官能团的方法主要有：1）使原有的官能团发生改变生成新的官能团，如纤维素的氧化、水解等；2）或者在原来官能团的基础上引入新的官能团，如接枝、酯化等。目前人们对纤维素的化学改性已经进行了大量的研究，并且制造出了性能和用途各异的纤维素改性材料。
2.1物理改性
将天然纤维素应用于吸附，最简单最开始的物理改性即微粉化和薄膜化，后来有研究者陆续研究球化改性的特点以及各种球化改性方法和应用。Liu M.H.等研制出了球形纤维素吸附剂，与粉末状、微粒状及纤维状纤维素相比球形纤维素具有更大的表面积、更强的渗透性和吸水性，所以其吸附效率更高。他们以棉花为基本原料合成出含有羧基阴离子的球形纤维素吸附剂（SCAM-1），它能从水溶液中吸附Cu2+，吸附过程中与Cu2+形成螯合物。溶液的浓度、pH值和温度对SCAM-1的吸附效率影响显著，而且被吸附的Cu2+用HC1或NaOH水溶液处理即可被解吸附[5]。李欣等采用反相悬浮包埋技术制备了粒径小、粒径分布宽、孔度高的高顺磁性珠状纤维素，经高碘酸钠氧化活化羟基，通过醛胺加成反应，吸附固化绒毛膜促性腺激素，从而制得一种亲和吸附剂，对小鼠腹水上清液中的anti-hCG抗体有较好的吸附效果[6]。
球形纤维素结构方面的优点，使其在亲和色谱法中得到广泛应用，多孔、球形特点可消除纤维素衍生物在亲和色谱法应用中的种种缺陷。将球形纤维素与其他天然产物共价交联，赋予亲和特性，然后于色谱中用于大分子分离纯化，见表1。
2.2化学改性
2.2.1氧化方法
纤维素的羟基经氧化反应可以转变成醛基或者羧基。纤维素的氧化有选择性氧化和非选择性氧化两种。非选择性氧化的位置和生成的官能团不能确定，比选择性氧化复杂得多，因此，纤维素改性中研究者多采用选择性氧化方法。选择性氧化，即选择不同的氧化剂，可以选择氧化伯羟基或仲羟基。伯羟基氧化得到单官能团，仲羟基氧化可得双官能团。氧化以后纤维素结构和官能团发生的变化，使其在吸附性能上有很大提高。
由于选择性氧化伯羟基得到的单羧基纤维素具有良好的生物相容性和生物可吸收性，可被用作
28
第1期
表1纤维素的衍生物对生物大分子的分离和提纯Tab.1Isolation and purification of biopolymers using
cellulose ramification
共价交联的亲和配体提纯的生物大分子
胰岛素抑制剂糜蛋白酶
枯草杆菌抗生素蛋白酶
缩氨酸凝乳酶
醋酸盐蛋白酶
抑肽酶激肽释放酶
无水四环素无水四环素氧酶
免疫球蛋白免疫球蛋白
单克隆抗体阿特拉津
糖类植物血凝素
DNA脱氧核糖核酸酶
组胺高铁血红蛋白
活性染料甘油
胺类药物的载体，在适当条件下，单羧酸纤维素能共价交联胺类药物，从而使氧化纤维素被广泛用作高分子药剂传输载体。JING S B等以高碘酸盐选择性氧化制备的二醛纤维素（DAC）对尿素进行吸附，发现DAC对尿素有较好的吸附力。结果表明，醛基含量为50%时对尿素氮的吸附力最高，可作为治疗慢性肾功能衰竭（CRF）的新型口服药。另外，DAC经壳聚糖包覆，制成的聚胺基糖表面处理氧化纤维，在治疗慢性肾衰竭方面也有显著效果。DAC类新型口服吸附剂不仅吸附力更高，而且副作用更小。Shi L Q等将交联β-环式糊精和纤维素透析隔膜氧化制备的新式合成吸附剂，在人造血清白蛋白水溶液中，有良好的尿素吸附选择性和吸附容量，最大吸附容量高于50.6mg／g。孔德领等利用二醛纤维素的醛基与血红蛋白的氨基共价交联，制备了以氧化纤维素为载体的氧载体。研究发现，每克氧化纤维素固定血红蛋白量可达1.0g，该氧载体稳定性好，血红蛋白不脱落；固定化后的血红蛋白具有携氧功能，类似于鱼鳃，能够从海水中富集氧气，并在一定条件下释放氧气，可作为人类在海底作业、水下活动及潜艇的新型氧源[7]。
高碘酸盐氧化所得二醛纤维素对尿素氮的吸附醛基或者羧基纤维素都具有共价交联的能力，可与多种物质交联。熊犍等人用高碘酸盐和高锰酸钾作氧化剂对纤维素进行氧化，在得到的二羧基纤维
素（［-COOH］≥54.3%）以后，将其用于抗凝血性能实验，结果表明其抗凝血性能良好，羧酸纤维素表面带有负电荷，能有效地抵抗血液中反离子Ca2+的中和，并且减少了血小板在其表面的吸附，是一种很有应用前景的医用材料[8]。
2.2.2接枝改性
接枝是一种重要的纤维素改性方法，纤维素大分子上的反应性基团，如羟基、残存的醛基、羰基、羧基等都可以转化为提供接枝位置的基团，即纤维素或者氧化纤维素都可以作为接枝改性的对象。2.2.2.1氧化纤维素接枝
夏友谊等将粘胶纤维与碱性液中用环氧氯丙烷环氧化，以环氧基为交联桥，将β-环糊精接枝于纤维素纤维上，制备了废水净化纤维，并获得了适宜的制备工艺参数，考察了其静态吸附Cu2+的行为，结果表明β-环糊精的存在，使得新型污水净化纤维吸附Cu2+离子效果明显，可运用于污水中重金属离子的净化[9]。解战锋等采用稻壳纤维素为原料，经环氧氯丙烷环氧化，再与浓硫酸反应制备了纤维素硫酸单酯强酸性阳离子交换剂。其中浓H
2
SO4为酯化剂，异戊醇为反应介质。研究表明，所得纤维素硫酸单酯强酸性阳离子交换剂，交换容量为3.0mmol/g，对Cu2+的吸附量为84mg/g，对Ag+的吸附量为180 mg/g，对Pb2+的吸附量为394mg/g。此外，解战锋还将环氧化稻壳纤维素与3-氯-2-羟基丙磺酸钠反应制得2-羟基-3-磺酸基丙基纤维素（HSPC）强酸性阳离子交换剂，并测定了该交换剂对铜离子的吸附
性能。纤维素胶体经Na IO
4
氧化后，再接枝水溶性聚阳离子（聚丙烯胺），可得到一种纤维素基阴离子交换剂，用于蛋白质的有效分离与分析方面[10]。
高碘酸钠氧化纤维素引入的醛基，可以成为纤维素与多种物质的接枝位置，其与亚硫酸氢钠反应，引入磺酸基和另一个羟基，从而使纤维素成为一种高吸水材料，可广泛用于个人卫生材料、医用材料等。与多胺类物质交联接枝，形成阴离子类吸附剂，可吸附多种金属离子，广泛用于废水处理及医药合成。
2.2.2.2纤维素接枝
%%对纤维素进行接枝改性是目前纤维素类研究
程飞，等：纤维素类吸附剂研究29
皮革科学与工程第19卷
中最广泛的领域之一，对接枝原理的认识越来越深入，接枝方法越来越成熟，应用也越来越广泛。曲容君等以纤维素的接枝衍生物羧甲基纤维素（CMC）为原料，经多乙烯多胺交联后合成了不溶不熔的纤维素树脂，并研究了该类树脂对若干重金属离子的静态吸附性能和吸附机理，结果表明，该树脂能有效地吸附Cu2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Pb2+，在HOAc—NaOAc 缓溶液中可选择吸附Cu2+、Ni2+等离子而不吸附Pb2+。另外，作者还以CMC为蛇树脂，乙二胺交联的甘油环氧树脂（B—62）为笼树脂，合成了一种新型弱酸弱碱型两性蛇笼型螯合树脂（CMC／乙二胺／B一62），该树脂不仅保留了CMC原有的螯合能力，同时还克服了CMC易在水中流失的缺点。吸附研究表明，该树脂对Cu2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+的吸附容量分别可达到1.72、0.43、0.37和0.13mmol/g。腾云超也以羧甲基纤维素为基体，以N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，制备了水不溶性接枝羧甲基纤维素（CPC）聚合物，并且将CPC用于去除水体中Cd2+、Pb2+、Cu2+、Hg2+、Cr2+等离子。研究发现CPC能有效去除水体中的上述重金属离子，并可用稀酸溶液脱附，重复使用。C．A．Borgo等将Zr3（PO4）4或AlPO4分散在纤维素或纤维素基纤维表面，用来吸附分离溶液中的Li+、Na+和K+离子。杨超雄等以丙烯腈接枝纤维素基磁性离子交换树脂，再胺肟化制得纤维素基磁性聚偕胺肟树脂。并用此树脂吸附一系列金属如Co2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+、Cu2+、Hg2+、Pb2+、Li+及非金属Br，考察了吸附效果，研究了部分吸附的动力学特性。Meng L Z等用纤维素粉末与四氯化钛反应，然后再和4-氮-6-氨基乙基-三乙氧基硅烷反应制得用有机硅树脂改性的纤维素一氧化钛（+5价）（CTSN）。研究发现CTSN在水溶液中对重金属离子如：Hg2+、Cu2+、Pb2+、Fe3+及Cr3+有很高的吸附能力。Rima S等在碱性介质中用丙烯腈与纤维素粉末的连续反应对其进行化学改性得到CE—Cell，然后用羟胺的水溶液或氯化羟氨的水溶液处理CE—Cell得到偕胺肟化纤维素（Am—Cel1）。由于配位作用氨基能从不同pH值的缓冲溶液中固定重阳离子。对Cu2+和Cr3+的吸附容量与载体中偕胺肟化基团的量和污染液中金属离子的浓度有关。用EDTA的钠盐处理可实现阳离子的解吸，使Am-Cell 可重复使用[11]。
R．R．Navarro等用铈胺做催化剂，在纤维素上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯，来提高纤维素对重金属的吸附能力。Eliahu C等研究了纤维素上的丙烯硫化物经接枝聚合后所得接枝聚合物对碘的吸附行为，发现接枝的聚丙烯硫化物通过配位作用从水溶液或气体中吸附碘，也能通过配位作用吸附硝酸银和氯化汞。Shigeo N等用6一氯去氧纤维素制取了一系列接枝产物，并研究了它们的金属吸附性能。和脂肪族二胺H
2
N（CH）m NH2（m=2，4，6，8）制取了烷基纤维素（AmACs），发现溶液pH值、金属离子及其初始浓度、二胺中甲基的数量明显影响着金属离子在AmACs上的吸附，在强酸性溶液中不发生金属离子的吸附，但在弱酸性溶液中金属离子被快速地吸附到AmACs上，并且吸附量随着pH值的增大而增加，而且AmACs的吸附效力随着亚甲基部分长度的增加而减弱。后来又制取了联氨去氧纤维素（HDC）和羧基烷基联氨去氧纤维素，并在不同pH下对其吸附能力进行比较[12]。
原叶君等以脱脂棉为料，碱化后分散于氯乙酸/醇溶液中，通过羟基取代反应合成不同取代度的羧甲基纤维素（CMC），再吸附稀土离子Eu3+。作者还以此制得CMC/Eu3+荧光体系，并考察了体系的荧光性能，实验表面CMC/Eu3+有较强的荧光性能。朱云等将粘胶加工成纤维素白球，经过洗衣粉、碱等预处理，再在Ce4+催化下与苯乙烯发生氧化还原接枝反应，制得球状苯基纤维素疏水性吸附树脂，并考察了其对生物活性蛋白质的吸附，其中对酪蛋白的动态吸附量可达10mg/mL。Hwang M C等通过脂肪酸、表氯醇和纤维素反应研制出一系列能直接吸附染料的吸附剂（PAE—Cel1），并证明了这些吸附剂对直状染料的吸附能力比某些活性炭更强[13]。苏茂尧等将纤维素纤维（棉短绒、外科用纱布）经由一种处理液进行醚化、交联等，使纤维的芯层保持原有的天然结构，表面形成一层交联聚电解质，这种材料对水具有很好的吸附能力，实验发现经过改性的棉短绒的水吸附保持值和生理盐水吸附保持值分别为未改性时的12倍和6倍[14]。赵宝秀等采用微波辐射技术，以纸浆为底物，在纤维素上接枝两元单体丙烯酰胺/丙烯酸，制备了纤维素基高吸水树脂，不但制备设备简单、反应迅速、均匀，而且吸水率明显高于传统
30
第1期
方法合成的文献报道结果。隋升等将精制脱脂棉经氢氧化钠碱化，与一氯乙酸钠发生亲核取代反应引入亲水羧基，经N，N-亚甲基双烯酰胺交联，制得纤维状高吸水材料，其吸水倍率达100mL/g，在85℃的失水率小于12%[15]。
3结语
纤维素是一种来源丰富的天然产物，形成周期短、可再生，将其功能化并应用，不仅实现了纤维素基材的高值化，更可代替部分以石油、天然气等为原料的化工产品，减少不可再生能源的消耗。作为环境友好材料，纤维素基吸附剂有着其他合成吸附剂不可比拟的优点，如价廉易得、生物相容性好、易生物降解、本身含有大量螯合基团等。目前，对纤维素的改性，研究最多的还是接枝改性，不管接枝方法还是接枝原理都日趋成熟，接枝衍生物的应用更是涵盖了化学和物理等领域。但是由于纤维素的高结晶性和氢键缔合的结构，使纤维素很难溶解于普通溶剂中，所以纤维素接枝大多集中在非均相接枝，而均相反应最有代表性的溶剂体系目前只有3种，因此寻找更多更有效的纤维素溶剂体系成为目前纤维素接枝改性的一个重要方面。近几年，国内外对纤维素氧化的研究开始活跃起来，主要集中在氧化深度、氧化机理上。由于氧化纤维素的加工工艺复杂、成本高并且氧化程度和降解程度难以全面控制，导致氧化纤维素的应用受到很大的限制，目前的研究成果也不多。所以探索可控性更强的氧化工艺、降低成本以及寻找更加适合于纤维素选择性氧化的方法将成为今后研究的热点问题。随着对纤维素改性方法、机理、以及应用方面的研究越来越广泛、深入，它将被越来越多地应用在环境保护、生物医学、生物工程等领域中，纤维素功能材料在21世纪将发挥更大的作用。
参考文献
[1]陈志勇，张玉霞，袁彦超.红麻纤维对Zn2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+离
子的吸附[J].信阳师范学院学报（自然科学版），2002（2）: 186-194．
[2]Gnanasambandam R，Proctor A.Soy hull as an adsorbent
sourcin processing soy oil[J].Journal of the American Oil Chemists Society，1997（6）:685-692．[3]Mahmut Ozacar I，Ayhan Sengil.Adsorption of metal complex
dyes from aqueous solutions by pine sawdust[J].Bioresource Technology，2005:791-795．
[4]Garg V K，Moirangthem Amita，Rakesh Kumar，et al.Basic
dye（methylene blue）removal from simulated wastewater by adsorption using Indian Rosewood sawdust：a timber indus－try waste[J].Dyes and Pigments，2004（63）:243-250．
[5]LIU M H，DENG Y，ZHAN H Y，et a1.Adsorption and des－
orption of copper（II）from solutions on new spherical cellu－lose adsorbent[J].Journal of Applied Polymer Science，2002，84（18）:478-485．
[6]李欣，李朝兴，何炳林.磁性珠状纤维素亲和吸附剂的制备
与应用[J].高等学校化学学报，1998:994-999．
[7]德领，俞耀庭，贾永会等.纤维素固定化血红蛋白研究[J].高
分子学报，1999（2）:221-226．
[8]熊犍，叶君，吴奏谦等.羧酸纤维素的制备及其抗凝血性能
研究[J].功能高分子学报，1997（4）:559-563．
[9]夏友谊，万军民.废水净化纤维的制备及对Cu2+的吸附性能
[J].纤维素科学与技术，2005（3）:20-24．
[10]Kim U J，Kuga S.Ion exchange chromatography by dicar－
boxyl cellulose gel[J].Journal of Chromatography，2001，919:29-37．
[11]RIMA S，HELENE G，MICHELE P R.Adsorption of copper
（II）and chromium（III）ions onto amidoximated cellulose[J].
Journal of Applied Polymer Science，2000，75（13）:l624-l631．
[12]SHIGEO N，MASATO A.Preparation of hydrazinodexycellu－
lose and carboxyalkyl hydrazinodeoxycelluloses and their adsorption behavior toward heavy metal ions[J].Journal of Polymer Science Part A:Polymer Chemistry，1997，35（16）: 3359-3363．
[13]WANG M C，CHEN K M.The removal of color from eflu－
ents using polyamide-epichlorohydfin（Cellulose polymer I: Preparation and use in direct dye removal）[J].Journal of Applied Polymer Science，1993，48（2）:299-311．
[14]赵宝秀，王鹏，郑彤等.微波辐射纤维素基高吸水树脂的
合成工艺及性能[J].高分子材料科学与工程，2005（4）: 133-136．
[15]隋升，李平，周世贤.精制脱脂棉高吸水材料制备工艺的
研究[J].精细石油化工，1997（1）:47-49．
程飞，等：纤维素类吸附剂研究31
纤维素功能材料范文 1纤维素复合材料 纤维素复合材料有很多种，按照组成成分区分，可分为纤维素/合成高分子复合材料、纤维素/导电聚合物复合材料等；按照功能区分，可分为力学材料、光学材料、电学材料。现简要介绍有特点的功能性纤维素复合材料。 1.1具有光电活性的纤维素复合材料通过相关学者的研究发现，如果将氢氧化钠/尿素水溶液作为溶剂制备纤维素或染料复合膜，那么，这种材料会显示出较强的发光性能或荧光性能。其中，复合膜还有较强的透明性，透光率能够达到90%.试验发现，复合膜的力学性能很高，拉伸强度能够达到138MPa。如果将天然纤维素浸泡在发光溶剂中进行离心干燥，经过一段时间后，能够得到光致发光纸。这种材料不仅展现了发光剂的吸附能力，还提供了复合纸的发光性能。因此，这些纤维素发光材料可以用于发光二极管和包装等领域。 1.2纤维素/碳纳米管复合材料从纤维素先进功能材料的研究、分析中发现，碳纳米管具有非常优秀的力学性能和电性能，受到人们的高度重视，并被广泛应用于电子器件中。随着科技的不断发展，这种材料在生物传感和复合材料中占有重要位置。 2化学法制备纤维素功能材料 因为天然纤维素很难溶解，所以，不适用于工业生产中。它作为一种天然高分子，在性能上也有一定的不足，例如，这种纤维素耐化学腐蚀性很差、强度较低、稳定性不高。所以，相关人员可以通过化学方
法改善天然纤维素的缺陷，强化其溶解性和强度，并赋予它新的性能，不断拓展纤维素的应用领域。因为纤维素分子链上有很多羟基，所以，可以利用这种方法制备出各种各样的纤维素衍生物。近几年，纤维素衍生物材料被广泛应用于日用化工、涂料和食品等领域。其中，纤维素的制备方法主要有均相法和非均相法。因为纤维素很难溶解，所以，在工业生产中，都是利用非均相法制备纤维素衍生物。但是，在这个过程中，纤维素衍生物存在结构不统一和不可控的缺点，同时，还会产生大量的副产物，所以，纤维素衍生物的种类较少。相关人员尝试利用纤维素在不同溶液中的反应生产纤维素衍生物。 2.1纤维素酯纤维素酯是纤维素与强酸或羧酸衍生物，通过酯化反应得到的一种纤维素衍生物。这种衍生物的种类较多，并有较高的附加值，能够在生物、材料、食品中广泛应用。利用这种方式，相关人员可以合成一些具有新功能性的纤维素酯。相关人员通过酯化反应将卟啉分子连接在纤维素上，得到了光电转换材料，卟啉分子还给予了纤维素材料全新的抗菌性能。所以，通过酯化反应，能够在乙基纤维素上连接三苯基胺，然后得到溶致变色的纤维素衍生物，并显现出蓝-绿荧光。这种衍生物在溶液中的量子效率为65%，所以，它还被应用在光电器件领域。 2.2纤维素醚从传统意义上讲，纤维素醚类的种类很多，并有很多性能。这种物质被广泛应用于石油开采中，还有食品、纺织和日用化学品等方面，所以，相关人员可以引进新的基因功能，以得到新型的功能性纤维素醚。一些学者合成了纤维素咔唑醚，它能够用于存储信息，
《生物产品降解纤维素功效评价技术规范》 编制说明 （征求意见稿） 《生物产品降解纤维素功效评价技术规范》 国家标准起草工作小组 二〇一九年一月
目录 一、任务来源 (1) 二、目的和意义 (1) 三、标准制定依据和原则 (2) 四、标准主要技术内容 (3) 五、主要工作过程 (3) 六、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系 (4) 七、标准属性的建议 (4) 八、贯彻国家标准的要求和措施建议 (4)
《生物产品降解纤维素功效评价技术规范》国家标准 编制说明 （征求意见稿） 一、任务来源 本国家标准的制定任务列入国家标准化管理委员会《国家标准委关于下达2018年第二批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合〔2018〕41号），项目编号“20180932-T-424”。本项任务由中国标准化研究院提出并归口，定于2019年完成。本标准起草工作组由中国标准化研究院、浙江工商大学、合肥工业大学等单位共同组成。 二、目的和意义 植物纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的，人类最宝贵的天然可再生资源。纤维素的分子式(C6H10O5)n，是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂。纤维素是植物细胞壁的主要成分，占植物干重35%-60%，主要成分是是葡萄糖的高分子聚合物。纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50％以上。棉花的纤维素含量接近100％，为天然的纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50％,还有10～30％的半纤维素和20～30％的木质素。此外，麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等，都是纤维素的丰富来源。 纤维素在一定条件下可以被纤维素酶或者特定微生物降解成单糖，单糖再通过微生物发酵生产各种有用的产品，如燃料、化工原料、饲料、食品、药品等，并且可取代目前的淀粉原料发酵生产的各种产品，以及由化工燃料合成生产的部分有机产品。 目前我国没有相应的国家及行业标准，用于评价生物产品降解植物纤维素的效果。这不仅阻碍了纤维素及相关降解技术的应用，更在一定程度上限制了我国纤维素相关产业的发展，因此建立生物产品降解植物纤维素功效评价技术规范具有十分重要的理论和现实意义。
纤维素生物酒精生产关键技术简要分析 李 明 姚 珺 翁 伟 吴 彬 吴 畏 湖南农业大学工学院 摘 要：全球气候变暖和自然资源的枯竭，纤维素生物酒精研究是热点之一。纤维素生物质作为生产生物酒 精的原料，转化技术难度大，尚不成熟。该文主要对纤维素生物质生物酒精生产过程进行了分析， 提出有待解决的问题，并讨论关键技术。得出生物质机械化收集方式能有效保证生物质原料的数量 和减少原料成本；通过基因工程途径构建生产纤维素酶提高酶适应性和活性，加快水解效率和增强 耐热性能；开发节能精馏装置和注重转化后废物利用。农业工程、生物化学、基因工程等多学科的 综合发展将实现纤维素生物酒精工业化。 关键词：生物能源，生物酒精，生物质，纤维素，生产过程 0 引 言 由于温室气温排放导致全球气温变暖，自然石化资源短缺，生物能源成为世界上研究热点。中国是世界上消耗石油第二的国家，大约占全世界总量的6%[1]。国际能源中心（IEA）估计中国到2030年每天消耗1.4×107桶汽油；随着汽车工业的发展和普及，2020年，汽车的使用量从2004年大约2.4×107台增加到90-140×107台，运输所需的能源从现在比例约33%发展到57%左右，每天的所需量从目前的1.6×107桶到5.0×107桶。因此，到2030年，温室排放气体将增长至7.14Gt/年[2]。对石油的需求导致中国更加依赖进口石油，2030年，75%的石油将依靠进口[2]。因此，中国面临能源需求、国家能源安全和环境污染的挑战。中国作为发展中发展最快，世界上人口最多的国家，在经济快速发展和国际地位大幅提升的基础，应该发挥其主导作用，制定研究政策和目标，开发利用可持续“中性碳”能源，其中包括生物酒精的生产和使用[3]。 纤维素生物质转化成生物酒精是世界上生物能源发展的热点研究之一[4-8]。纤维素生物质主要包括农业残渣（水稻、玉米等秸秆）、森林残渣（树枝、锯末）、废弃物（废纸）、草本植物（芦竹）和木质植物（麻疯树、杨树），资源非常丰富，中国仅秸秆一年约有8.4 亿吨[9]，林木废弃物约2亿吨[10]；到2030年，每年农作物残渣量达5.53EJ；森林残渣达0.9EJ（3/4来自木材加工，1/4来自森林残枝残叶）；加上生物质能源种植（每公顷平均产量15吨干，10%的土地可以作为种植面积[10]），统计计算，每年可以提供约23EJ的能源，相当于6000亿升的石油。而根据IEA的预测，2030年中国需要12.4EJ 的交通运输液体能源[1]。如果能够充分利用木质纤维素生物质，提高转化技术，生成酒精，中国可以足够满足运输能源的需求。通过转化生成生物酒精使用是中性碳排放过程，减少温室气体排放，有利于环境和资源的平衡利用。 世界上纤维素生物质转化生物酒精的技术基本上处于研究阶段[11-15]。我国在纤维素生物质转化生物酒精的技术方面起步较晚，还是处于初步研究阶段[16-17]。本文主要对纤维素生物质生物酒精生产过程中关键技术进行简要分析，指出存在的难点和可能性的解决方法以便进一步深入研究。 1 纤维素生物酒精生产 1.1 纤维素生物质作为生物酒精原料的特征 糖类和淀粉转化酒精的工程通过发酵，在世界上已经实用化；草本纤维素和木材纤维素转化酒精正处于实用化过程研究阶段。从生物质转化为生物酒精的容易程度来比较可以得出：糖类 > 淀粉 > 草本纤维素 > 木材纤维素[4] 。 淀粉：葡萄糖分子同序排列 纤维素：葡萄糖分子交错排列 图1 淀粉和纤维素分子简图
纤维素纳米纤维 众所周知，植物的基本组成单位是细胞，其主要结构为纤维素纳米纤维，纤维素纳米纤维是拉伸纤维素链的半结晶纤维束。纤维素纳米纤维不仅纤细，而且纤维素分子链可以拉伸和结晶，所以其质量仅为钢铁的1/5，强度却是钢铁的5倍以上。另外，其线性热膨胀系数极小，是玻璃的1/50，而且其弹性模量在-200～200℃范围内基本保持不变。弹性模量约140GPa，强度2～3GPa。不同于石油基材料，作为生物基材料，更环保。 图1 纳米纤维素微观结构作为下一代工业材料或绿色纳米材料，目前已在全世界积极地开展有关制造和利用这种纤维素纳米纤维的研究。用木材浆粕等植物类纤维材料制造纤维素纳米纤维的各种方法相继被开发出来。在低浓度（约百分之几）下进行的浆粕纤维分解技术有高压高速搅拌方法、微射流法、水中逆流碰撞法、研磨机研磨法、冷冻粉碎法、超声波分丝法、高速搅拌法和空心颗粒粉碎法等。纤维素纳米纤维重要的特征是可以用所有的植物资源作为原料。除木材外，还可以从稻杆和麦杆等农业废弃物、废纸、甘蔗和马铃薯的榨渣，以及烧酒气体等的工业废弃物中制得直径为10～50nm的纳米纤维。如果有效利用轻薄且宽域分布的生物资源的特点，则可以制造和利用取自唾手可得资源的高性能纳
米纤维。日本等发达国家已经实现了纤维素纳米纤维的工业化生产。轻量、强度高的纤维素纳米纤维作为复合材料，可制造汽车零部件和家电产品外壳、建筑材料等；利用气体阻隔性可制造屏障薄膜；利用其透明性可制作显示器和彩色滤光器、有机EL基板、太阳能电池板等；利用耐热性可制造半导体封装材料和柔性基板、绝缘材料等；利用黏弹性能，可生产化妆品、药品、食品、伤口敷料如细胞培养基材、分离器和过滤器以及特殊功能纸张等。在石油工程领域，纳米纤维素凝胶可作为井下流体助剂，不发生体积收缩；可用于钻井液降滤失剂、页岩抑制剂、增稠剂等，改善相关流体的性能。《石油工程科技动态》所有信息编译于国外石油公司网站、发表的论文、专利等，若需转载，请注明出处！中国石化石油工程技术研究院战略规划研究所
聚丙烯/微晶纤维素复合材料 的制备与性能研究 摘要 聚丙烯（PP）/微晶纤维素（MCC）复合材料是以PP为基体和新型绿色环保材料。由于MCC是亲水的极性材料，而PP是疏水的非极性材料，两者的相容性较差，复合材料中加入相容剂和MCC硅烷化处理是改善两者相容性的两种可行的途径。本文通过万能试验机、冲击试验机、偏光显微镜测试PP/MCC复合材料的力学性能和其结晶形貌，并且用美国TA公司生产的示差扫描量热分析仪和热重分析仪研究复合材料的热稳定性和结晶性能。通过对比分析不同处理方法对材料性能的影响，得出以下结果： （1）复合材料的拉伸强度，冲击强度随MCC含量的增加而降低，加入相容剂后，复合材料的拉伸强度，弯曲强度、冲击强度和硬度值都有明显的提高，MCC的热分解温度也有所提高，并且复合材料的残碳率比不加增容剂的高3%左右。 （2）随着改性MCC含量的增加，复合材料的拉伸强度和冲击强度降低，弯曲强度提高，并且强度上要高于微晶处理的MCC/PP复合材料，断裂伸长率有显著的降低。改性MCC的热分解温度比MCC高20~25℃，改性后的复合材料的结晶度和熔融温度随改性MCC含量的增加而提高。 （3）未经处理的PP/MCC复合材料的结晶形貌要优于处理后的复合材料。随着MCC含量的增多，大量模糊的折射光斑在MCC周围生成。 关键词：聚丙烯；微晶纤维素；聚丙烯接枝马来酸酐；复合材料；表面改性
ABSTRACT Polypropylene (PP) / microcrystalline cellulose (MCC) composite is a new type of green environmental protection material based on PP.Since MCC is a hydrophilic material, and PP is a hydrophobic non polar material, the compatibility of the two is poor, and the addition of the compatible agent and MCC silane treatment is the two possible ways to improve the compatibility of the two.The universal mechanical performance testing machine, impact testing machine, polarized light microscopy PP/MCC composite and its crystal morphology, and TA are shown by differential scanning calorimetry and thermal gravimetric analyzer to study composite thermal stability and crystallization properties.By comparing and analyzing the effect of different treatment methods on the properties of the materials, the following results are obtained. (1)The tensile strength of the composite material, impact strength increased with the content of MCC decreased after adding compatibilizer. The tensile strength of the composite, flexural strength, impact strength and hardness values are significantly improved and thermal decomposition temperature of the MCC also increased and residual carbon composite rate without compatibilizer of up to 3%. (2)Along with the changes of the MCC content increasing, the tensile strength and impact strength of the composite decreased, improve flexural strength and strength to higher than microcrystalline processing MCC/PP composite, the
主要分为甲基纤维素（MC)，羟丙基甲基纤维素(HPMC），羟乙基纤维素（HEC），羧甲基纤维素（CMC） 附：HPMC与MC、HEC、CMC的应用区别 HPMC和MC是两种不同的产品。 1、甲基纤维素（MC）分子式 将精制棉经碱处理后，以氯化甲烷作为醚化剂，经过一系列反应而制成纤维素醚。一般取代度为 1.6~2.0，取代度不同溶解性也有不同。属于非离子型纤维素醚。 （1）甲基纤维素可溶于冷水，热水溶解会遇到困难，其水溶液在pH=3~12范围内非常稳定。与淀粉、胍尔胶等以及许多表面活性剂相容性较好。当温度达到凝胶化温度时，会出现凝胶现象。 （2）甲基纤维素的保水性取决于其添加量、粘度、颗粒细度及溶解速度。一般添加量大，细度小，粘度大，则保水率高。其中添加量对保水率影响最大，粘度的高 低与保水率的高低不成正比关系。溶解速度主要取决于纤维素颗粒表面改性程度和颗粒细度。在以上几种纤维素醚中，甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素保水率较高。 （3）温度的变化会严重影响甲基纤维素的保水率。一般温度越高，保水性越差。如果砂浆温度超过40℃，甲基纤维素的保水性会明显变差，严重影响砂浆的施工性。 （4）甲基纤维素对砂浆的施工性和粘着性有明显影响。这里的“粘着性”是指工人涂抹工具与墙体基材之间感到的粘着力，即砂浆的剪切阻力。粘着性大，砂浆的剪切阻力大，工人在使用过程中所需要的力量也大，砂浆的施工性就差。在纤维素醚产品中甲基纤维素粘着力处于中等水平。 2、羟丙基甲基纤维素（HPMC）分子式为 羟丙基甲基纤维素是近年来产量、用量都在迅速增加的纤维素品种。是由精制棉经碱化处理后，用环氧丙烷和氯甲烷作为醚化剂，通过一系列反应而制成的非离子型纤维素混合醚。取代度一般为 1.2~2.0。其性质受甲氧基含量和羟丙基含量的比例不同，而有差别。 （1）羟丙基甲基纤维素易溶于冷水，热水溶解会遇到困难。但它在热水中的凝胶化温度要明显高于甲基纤维素。在冷水中的溶解情况，较甲基纤维素也有大的改善。 （2）羟丙基甲基纤维素的粘度与其分子量的大小有关，分子量大则粘度高。温度同样会影响其粘度，温度升高，粘度下降。但其粘度高温度的影响比甲基纤维素低。其溶液在室温下储存是稳定的。 （3）羟丙基甲基纤维素的保水性取决于其添加量、粘度等，其相同添量下的保水率高于甲基纤维素。 （4）羟丙基甲基纤维素对酸、碱具有稳定性，其水溶液在pH=2~12范围内非常稳定。苛性钠和石灰水，对其性能也没有太大影响，但碱能加快其溶解速度，并对粘度销有提高。羟丙基甲基纤维素对一般盐类具有稳定性，但盐溶液浓度高时，羟丙基甲基纤维素溶液粘度有增高的倾向。
细菌纤维素/纳米银复合材料的制备及其抗菌性能研究 摘要：细菌纤维素（bacterial cellulose, bc）是一种由微生物合成的高纯度纤维素，超细纤维网络结构使其具有高比表面积、高持水能力以及良好的生物相容性和生物可降解性，被认为是一种潜在的“理想”医用敷料材料。然而，细菌纤维素本身不具有抗菌性能，难以应对细菌感染的伤口。纳米银是一种广谱抗菌剂。因此本文以细菌纤维素为模板，采用环境友好的化学还原剂抗坏血酸为还原剂，原位制备细菌纤维素/纳米银复合材料。同时分别采用抑菌圈法和最小抑菌浓度法对复合物的抗菌效果进行评价。 关键词：细菌纤维素纳米银抗菌创伤敷料 一、引言 细菌纤维素是一种由微生物合成的高纯度纤维素，其微纤维直径只有40-60nm，是自然界中天然存在的精细纳米材料。超细纤维网络结构使其具有高比表面积、高持水能力以及良好的生物相容性和生物可降解性，被称作“大自然赋予人类的天然生物医用材料”[1]。大量研究和临床试验表明，细菌纤维素基创伤敷料对于烧伤烫伤以及慢性溃疡疾病具有良好的治愈效果，是一种极具潜力的“理想”创伤敷料材料[2]。 然而，细菌纤维素本身不具有抗菌性能，难以应对细菌感染的伤口。金属银及其化合物是目前最常用的无机抗菌剂，尤其适用于治疗烧伤烫伤以及慢性溃疡创伤[3]。因此，以细菌纤维素为载体负载纳米银粒子将有望获得具有高效保湿抗菌功能的“理想”医用创伤敷料。孙
东平等以细菌纤维素为载体，甲醛为还原剂采用液相化学还原法合成载银细菌纤维素复合材料，所得银纳米粒子平均粒径在45nm左右，对大肠杆菌、酵母菌和白色念珠菌等都有理想的抗菌效果[4]。marques等分别以细菌纤维素和普通植物纤维为基体，采用nabh4原位还原agno3的方法在纤维素膜上合成纳米银单质，结果表明细菌纤维素纤维的银负载量可达到植物纤维的50倍以上，并且对ag+具有更持久的控释作用，是一种良好的纳米银合成基质[5]。上述研究大多采用nabh4、甲醛等化学试剂为还原剂，这些试剂通常具有较高的人体毒性，反应结束后很难解决试剂在纤维膜内的残留问题，尤其不适合应用于生物医用材料产品的制备。据此，我们提出，以细菌纤维素为模板，摒弃有毒化学还原试剂，采用环境友好的抗坏血酸为还原剂，原位制备细菌纤维素/纳米银复合材料。 二、材料与方法 （一）实验材料 木醋杆菌（acetobacter xylinum）：本实验室保藏。agno3、抗坏血酸购买于国药集团化学试剂有限公司。其它试剂若无特殊说明，均为市场可售。 （二）细菌纤维素膜的制备和纯化 以木醋杆菌为菌种，将活化后的菌种接种至种子培养液中，在30℃和160rpm的摇床中培养24h。按6%的接种量接种于发酵培养基中，30℃恒温培养箱中静置培养8 d，得细菌纤维素膜。培养基组成为麦芽糖25g/l，蛋白胨3g/l，酵母浸膏5g/l，ph值为5.0，121℃灭菌
纤维素及其作用 纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。 麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等，都是纤维素的丰富来源。纤维素是重要的造纸原料。此外，以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。食物中的纤维素（即膳食纤维）对人体的健康也有着重要的作用。 纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的，人类最宝贵的天然可再生资源。纤维素化学与工业始于160多年前，是高分子化学诞生及发展时期的主要研究对象，纤维素及其衍生物的研究成果为高分子物理及化学学科的创立、发展和丰富作出了重大贡献。全世界用于纺织造纸的纤维素，每年达800万吨。此外，用分离纯化的纤维素做原料，可以制造人造丝，赛璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯类衍生物；也可制成甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素等醚类衍生物，用于石油钻井、食品、陶瓷釉料、日化、合成洗涤、石墨制品、铅笔制造、电子、涂料、建筑建材、装饰、蚊香、烟草、造纸、橡胶、农业、胶粘剂、塑料、炸药、电工及科研器材等方面。 生理作用
纤维素的主要生理作用是吸附大量水分，增加粪便量，促进肠蠕动，加快粪便的排泄，使致癌物质在肠道内的停留时间缩短，对肠道的不良刺激减少，从而可以预防肠癌发生。 膳食纤维 人类膳食中的纤维素主要含于蔬菜和粗加工的谷类中，虽然不能被消化吸收，但有促进肠道蠕动，利于粪便排出等功能。草食动物则依赖其消化道中的共生微生物将纤维素分解，从而得以吸收利用。食物纤维素包括粗纤维、半粗纤维和木质素。食物纤维素是一种不被消化吸收的物质，过去认为是“废物”，现在认为它在保障人类健康，延长生命方面有着重要作用。因此，称它为第七种营养素。 ①有助于肠内大肠杆菌合成多种维生素。 ②纤维素比重小，体积大，在胃肠中占据空间较大，使人有饱食感，有利于减肥。 ③纤维素体积大，进食后可刺激胃肠道，使消化液分泌增多和胃肠道蠕动增强，可防治糖尿病的便秘。 ④高纤维饮食可通过胃排空延缓、肠转运时间改变、可溶性纤维在肠内形成凝胶等作用而使糖的吸收减慢。亦可通过减少肠激素如抑胃肽或胰升糖素分泌，减少对胰岛B细胞的刺激，减少胰岛素释放与增高周围胰岛素受体敏感性，使葡萄糖代谢加强。 ⑤近年研究证明高纤维饮食使Ⅰ型糖尿病患者单核细胞上胰岛素受体结合增加，从而节省胰岛素的需要量。由此可见，糖尿病患者进食高纤
纤维素水解研究综述 1.1生物质的转化与利用 生物质是指一切直接或间接利用植物光合作用形成的有机物质。包括除化石燃料外的植物、动物和微生物及其排泄与代谢物等。从能源的角度，生物质的能量来源于太阳能，是太阳能的一种储存形式；从资源的角度，生物质是地球上唯一可再生的碳资源。 在人类漫长的历史长河中，生物质扮演了重要的角色，它不仅是人类赖以生存的食物来源，而且为人类发展提供了必需的物质基础，包括：织物、建材、纸张、酒精、木炭等材料和燃料。直到今天，生物质仍然是一些发展中国家的主要能源和材料来源，而一些发达国家也将生物质作为重要的能源补充，例如：在瑞典和芬兰生物质占到其总能源消费的17.5%和20.4%。 进入工业革命以后，随着煤炭、石油和天然气开采和利用技术的成熟，化石资源逐渐取代生物质，成为了人类社会发展所依赖的原料基础，极大地促进了人类社会的进步。19世纪中期，美国90%的燃料供给来自于生物质，而到19世纪末20世纪初，这一局面彻底改变了，化石资源占据了绝对主导地位。 另一方面，化石资源的肆意开采和大量使用不仅造成了化石资源的短缺，更加剧了生态环境的日益恶化。人类在享受社会进步成果的同时也在承受着工业文明的“后遗症”。 进入二十一世纪，资源的枯竭和环境的恶化迫使人类重新回到可持续的发展道路上，并且将目光重新投向曾经赖以生存和发展的生物质资源。然而原始的粗放式的生物质利用方式已经无法满足当前人类发展的需求，我们必须以现有的生物质资源为研究对象，借鉴化石资源利用的成功经验，提出生物质综合利用的可行性路线，发展新型高效的生物质利用技术，从而实现生物质替代化石资源促进人与自然和谐发展的美好愿景。 1.1.1生物燃料简介 生物燃料顾名思义就是指由生物质转化得到的燃料，包括：生物乙醇、生物柴油、生物丁醇、生物质热解油、生物质颗粒、木炭、沼气、H2、合成气(CO+H2)以及由合成气制备的甲醇、高级脂肪醇、二甲醚和烷烃等。 按照生物燃料生产原料的来源划分，可以将其分为第一代生物燃料和第二代生物燃料。第一代生物燃料以粮食作物为原料生产燃料，最典型代表为玉米乙醇；而第二代生物燃料则是以农作物废弃物为原料，如纤维素乙醇、微藻生物柴油。很明显，第二代生物燃料较其前辈在化学组成和燃料使用方面并没有区别，但是原料的选择却决定了第二代生物燃料不会产生“与人争粮，与粮争地”的困境，是未来生物燃料发展的正确方向。必须指出的是目前第二代生物燃料仍然停留在实验室和示范工厂阶段，并没有真正的进入燃料市场，要实现第二代生物燃料的大规模工业化生产还有许多的技术瓶颈需要突破。 目前，面向车用燃料生产发展的生物燃料技术主要包括：生物乙醇技术、生物柴油技术、直接液化技术和间接液化技术。 以粮食为原料生产乙醇是一项传统的技术，工艺上已相当成熟,但其生产受到粮食安全等社会因素的制约。目前，我国燃料乙醇的生产能力达132万吨/年，成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国，国内的乙醇生产基本上都是利用淀粉和糖蜜等为原料。利用农作物秸秆为代表的各类木质纤维类生物质原料替代粮食资源的燃料乙醇技术，被认为是未来解决燃料乙醇原料来源问题
一：纤维素的结构分类及应用： 1）纤维素的结构： 2）纤维素的分类： 根据其在特定条件下的溶解度,可以分级为:α—纤维素，β-纤维素，γ-纤维素，α—纤维素指的是聚合度大于200的纤维素,β-纤维素是指聚合度为10一200的纤维素,γ-纤维素是指聚合度小于10的纤维素。 3）纤维素的应用： 纤维素是一多羟基葡萄糖聚合物,经过特定的物理或化学改性后,具有不同的功能特性,可以粉状，片状，膜，纤维以及溶液等不同形式出现,因此用纤维素开发的功能材料极具灵活性及应用的广泛性。 3.1 高性能纤维材料： 纤维素纤维是现代纺织业的重要原料之一,同时也是纤维素化工和造纸业的重要原料，当前,纸己经成为社会发展的必需品,不仅大量应用于印刷，日用品及包装物,还可以用于绝缘材料，过滤材料以及复合材料等领域,具有广泛而重要的用途。 3.2 可生物降解材料
纤维素能够作为可降解材料的基材使用,因为纤维素具有很多独特的优点:(1)纤维素本身能够被微生物完全降解;(2)维素大分子链上有许多轻基,具有较强的反应性能和相互作用性能,使得材料便于加工,成本低,而且无污染;(3)纤维素具有很强的生物相容性;(4)纤维素本身无毒,可广泛使用，由于纤维素分子间存在很强的氢键,而且取向度和结晶度都很高,使得纤维素不溶于一般溶剂，高温下分解而不融,所以无法直接用来制作生物降解材料,必须对其进行改性，纤维素改性的方法主要有醋化，醚化以及氧化成醛，酮，酸等。纤维素生物降解材料应用广泛,例如园艺品，农，林，水产用品，医药用品，包装材料及光电子化学品等,这里要特别提出的是纤维素在医学，光电子化学，精细化工等高新技术领域应用的更好西川橡胶工业公司研制开发的纤维素，壳聚糖系发泡材料存在很好的应用前景,其特点是重量轻，绝热性好，透气，吸水等,这些特点使其广泛应用于农业，渔业，工业，包装，医疗等各个领域。 3.3 纤维素液晶材料： 天然纤维素及其衍生物液晶是一类新颖的液晶高分子材料，和其它的纤维素衍生物液晶相比,新型的复合型纤维素衍生物液晶在纤维素大分子链中引入了刚性介晶基元,使得控制其液晶性质能够成为现实"这同时就为开发具有特殊性能的液晶高分子提供了新的研究领域,并且其相应的理论基础研究对探索高分子液晶的形成也有十分重要的指导意义，另外,由于天然纤维素是自然界取之不尽，用之不竭的可再生天然高分子,那么在石油及能源日益枯竭的今天,我们就很有必
细菌纤维素/纳M银复合材料地制备及其抗菌性能研究摘要：细菌纤维素 伤敷料.孙东平等以细菌纤维素为载体, 甲醛为还原剂采用液相化 学还原法合成载银细菌纤维素复合材料，所得银纳M粒子平均粒径在45nm左右,对大肠杆菌、酵母菌和白色念珠菌等都有理想地抗菌效果[4].marques 等分别以细菌纤维素和普通植物纤维为基体, 采用nabh4原位还原agno3地方法在纤维素膜上合成纳M银单质，结果表明细菌纤维素纤维地银负载量可达到植物纤维地50 倍以上, 并且对ag+具有更持久地控释作用，是一种良好地纳M银合成基质[5].上述研究大多采用nabh4、甲醛等化学试剂为还原剂，这些试剂通常具有较高地人体毒性, 反应结束后很难解决试剂在纤维膜内地残留问题, 尤其不适合应用于生物医用材料产品地制备. 据此, 我们提出, 以细菌纤维素为模板, 摒弃有毒化学还原试剂, 采用环境友好地抗坏血酸为还原剂，原位制备细菌纤维素/纳M银复合材料. 二、材料与方法 ＜一）实验材料 木醋杆菌vacetobacter xylinum ）:本实验室保藏.agno3、抗坏血酸购买于国药集团化学试剂有限公司. 其它试剂若无特殊说明, 均为市场可售. ＜二）细菌纤维素膜地制备和纯化 以木醋杆菌为菌种, 将活化后地菌种接种至种子培养液中, 在 30C和160rpm地摇床中培养24h.按6%地接种量接种于发酵培养基中,30 C恒温培养箱中静置培养8 d,得细菌纤维素膜.培养基组成为麦芽糖25g/l,蛋白胨3g/l,酵母浸膏5g/l,ph值为5.0,121 C 微生物纤维素的生物合成及其应用前景 3 周 媛 三峡大学天然产物研究与利用湖北省重点实验室(宜昌443002) 3 基金项目:湖北省教育厅重点项目(2000B14014) 作者简介:周 媛(1956～),女,教授。 一般认为合成纤维素是植物特有的 功能,的确,自然界的纤维素绝大部分是由植物产生的。纤维素是地球上产量最大的天然聚合体,其产量达到1011t/年,广泛存在于各种高级植物中,也存在于一些低等植物、细菌和个别低等动物中,如海洋中生长的一些绿藻和某些海洋低等动物体中也含有纤维素。1 微生物纤维素的性质 传统的食醋酿造过程中,常在醪液表面上生成类似凝胶膜状物,称为菌膜。早在1886年,英国人B rown 等利用化学分析方法确定了这类物质为纤维素。后来,确定了它的组成和结构与植物纤维素没有明显的不同。但是醋酸菌所产生的纤维素是纯净的,即以纯纤维素组成的形式存在,而高等植物产生的纤维素都掺杂着木质素、半纤维素和其他杂质,其存在形式是纤维素、木质素和半纤维素组成的三级立体结构。 因此,醋酸菌产生的纤维素不同于自然界广泛存在的纤维素,醋酸菌纤维素具有独特的性质。1.1 高纯度、高结晶度、高重合度醋酸菌纤维素纯度高、结晶度高、重合度高,并且以单一纤维存在,这样在制备微晶纤维素(m icrocrysta lline cellulo se )时非常便利,微晶纤维素是医药产品制 剂的优良辅料。目前微晶纤维素的生产是将天然细纤维,先用浓碱(17.5%)室温处理,收集不溶部分,再用浓盐酸煮沸,去除其中的无定形部分,余下结晶部分经干燥、粉碎得到的聚合度约200的微晶纤维素。这一处理过程环境污染严重。当然,醋酸菌纤维素无须用浓碱和浓酸如此处理。 1.2 极强的水结合性 微生物纤维素的纤维直径在0.01μm ～0.1μm 之间,它的表面积是植物纤维素的300倍,因此它就具有比植物纤维更强的吸水性、粘稠性,它能结合比自身干重大60～700倍的水,而棉花或其他木植物纤维素要达到这一水平就需要经过一系列的工序加以改造后才能实现,因此成本也大幅度提高。 1.3 极佳的抗撕强度和形状维持能力 微生物纤维素的弹性模数为一般纤维的数倍至10倍以上,并且抗撕强度高。微生物纤维素膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氯乙烯膜要强5倍。日本北海道大学地球环境科研所的Nobuo Sakairi,H isash i A sano,M asto O gawa 等人在《木醋杆菌连续培养过程中微生物纤维素直接收获法》一文中报道,该培养法获得的纤维素再经处理,其杨氏模量最大为106g /den ie r,它们的平均值为90.4g / 那些是植物结构多糖，是细胞壁的主要成分。通过对降解纤维素微生物发生的分析。可知具有降解纤维素能力的微生物分布在细菌、放线菌、和真菌的许多菌属中，其中真菌被认为是自然界中有机质特别是纤维素物质的主要降解者、 降解纤维素微生物种类 木质素的存在 木质素（lignin ）与纤维素及半纤维素共同形成植物体骨架，是自然界中在 数量上仅次于纤维素的第二大天然高分子材料，据估计全世界每年可产生600 万亿吨[18] 。木质素是植物的主要成分之一，它是植物细胞胞间层和初生壁的主 要填充物，其产量是仅次于纤维素的最为丰富的有机物，通常在木质细胞中占 15%～30%。从化学结构看[19]，针叶树的木质素主要由松柏醇的脱氢聚合物构成 愈创木基木质素；阔叶树的木质素由松柏醇和芥子醇的脱氢聚合物构成愈创木 基紫丁香基木质素；而草本植物则是由松柏醇、芥子醇和对香豆醇的脱氢聚合 物和对香豆酸组成因而使木质素成为结构复杂、稳定、多样的生物大分子物。 木质素依靠化学键与半纤维素连接，包裹在纤维之外，形成纤维素。植物组织 由于木质素存在而有了强度和硬度。 在生活生产中，大部分的木质素被直接排放，不仅浪费了这种宝贵的资源， 还对周围环境产生巨大影响，因此研究木质素的降解和利用越来越成为热门的 课题。 绿色植物占地球陆地生物量的95% ，其化学物质组成主要是木质素、纤维素和半纤维素，它们占植物 ［］ 干重的比率分别为15%~20%,45%和20% 农作物秸杆是这类生物质资源的重要组成部分，全世界年 产量为20 多亿吨，而我国为 5 亿多吨但是，要充分、有效地利用这类资源却相当困难，这是由于秸秆产量 ! B ' 随季节变化，且量大、低值、体积大、不便运输，大多数动物都不能消化其木质纤维素，自然降解过程又极其 缓慢，导致大部分秸秆以堆积、荒烧等形式直接倾入环境，造成极大的环境污染和浪费' 存在于秸秆中的非水溶性木质纤维素很难被酸和酶水解，主要是因纤维素的结晶度、聚合度以及环绕 着纤维素与半纤维素缔合的木质素鞘所致'木质素与半纤维素以共价键形式结合，将纤维素分子包埋在其 中，形成一种天然屏障，使酶不易与纤维素分子接触，而木质素的非水溶性、化学结构的复杂性，导致了秸 秆的难降解性'所以，要彻底降解纤维素，必须首先解决木质素的降解问题'因此，秸秆利 介绍几种纳米材料的制备方法 气相反应法可分为：气相分解法、气相合成法及气-固反应法等 液相反应法可分为：沉淀法、水热、溶剂热法、溶胶-凝胶法、反相胶束法等。 溶胶凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，在经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法。步骤：溶胶的制备。溶胶凝胶转化。凝胶干燥。 纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法 真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 化学方法 气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。 沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。 水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。 溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。 微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。 1、论述纳米纤维素的主要制备方法及产物特点 纳米纤维素（Nanocelluloe, NC）是以纤维材料作为原料，通过化学、物理或生物处理的途径制备的具有一维纳米尺寸的纤维素材料，它具有纤维素的基本结构、性能以及纳米颗粒的典型特性，如：密度低，来源于可再生原料，可生物降解，弹性模量高达140 GPa，有利于对其进行表面改性等。巨大的比表面积、较高的杨氏模量、超强的吸附能力和高的反应活性，使纳米纤维素具有一些特有的光学性质、流变性能和机械性能。这些特性使其具有广泛的应用价值，可以作为纳米复合材料中的增强材料，以及用于医药、包装、造纸、食品添加剂、油漆涂料、地板、建材等领域。 生物质纳米纤维素的制备方法主要包括强酸水解法、机械分离法、化学预处理结合机械分离法和酶处理结合机械分离法等,. 强酸水解法主要指利用浓硫酸[37]、浓盐酸等强酸处理生物质纤维素,水解掉无定形区物质,保留结晶区的结构完整性,制得长度较短、结晶度较高的纳米纤维素晶须。在利用硫酸的水解过程中,会一定程度上在纳米纤维素晶须的表面引入少量负电荷。这些负电荷间的静电斥力可帮助纳米纤维素晶须均勾的分散在水中。所得晶须具有非常高的比表面积,使其在与聚合物复合时,能够与聚合物形成充足的接触面积,进而起到较好的增强作用。 机械分离法主要包括高压匀质处理、高速研磨处理、高速搅拌处理以及高强度超声处理等。高压匀质处理I48'49]主要是通过均质机内的匀质阀突然失压形成空穴效应和高速冲击,产生强烈的剪切作用,将生物质纤维素机械纤,制得纳米纤维素。这一方法可以批量化生产纳米纤维素,存在的主要问题在于所得纳米纤维素的尺度并不均匀。此外,在纳米纤维素制备过程中,匀质机容易堵塞,为此对通入均质机中的纤维素样品的尺寸要求较高,不宜过大。 高速研磨处理[59]是将纤维素注入到静态磨石与动态磨石之间,在研磨机工作后,动态磨石高速旋转,与静态磨石间产生强烈的剪切作用力,将磨石中间的纤维素“剪开”,制得纳米纤 南京林业大学 课程设计报告 题目：纤维素纳米晶的制备与性能 学院：理学院 专业：材料化学 学号：101103227 学生姓名：朱一帆 指导教师：郭斌 职称：副教授 二0一三年十二月三十日 摘要 纤维素是自然界中最丰富的天然高分子聚合物之一，不仅是植物纤维原料主要的化学成分，也是纸浆和纸张最主要、最基本的化学成分。由于其天然性和生物可降解性，在现在能源缺乏的时代，纤维素有很大的发展空间。纳米纤维素是直径小于100nm 的超微细纤维，也是纤维素的最小物理结构单元元；与非纳米纤维素相比，纳米纤维素具有许多优良特性，如高结晶度、高纯度、高杨氏模量、高强度、高亲水性、超精细结构和高透明性等，加之具有天然纤维素轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，其在造纸、建筑、汽车、食品、化妆品、电子产品、医学等领域有巨大的潜在应用前景。 本文介绍了纳米纤维素晶体(NCC)及其一些制备方法、性质、研究现状和应用，展望了NCC作为一种纳米材料的美好前景，是21世纪可持续发展研究的重要课题。 关键词：纳米纤维素晶体；制备方法；性质；应用 Abstract Cellulose is one of the nature's most abundant natural polymers，not only the main chemical components of the plant fiber materials , pulp and paper but also the most important and basic chemical composition of the pulp and paper. Due to its natural and biodegradable cellulose has much room for development in the era of the lack of energy. Nano-cellulose is ultra-fine fibers of less than 100 nm in diameter, the smallest physical structure of the cellulose unit Dollar；compared with non-nano-cellulose, nano-cellulose has many excellent characteristics such as high crystallinity, high purity, high Young's modulus, high strength, high hydrophilicity, the hyperfine structure, and high transparency, https://www.doczj.com/doc/c73352274.html,bined with the characteristics of natural cellulose lightweight, biodegradable, biocompatible and renewable, so it has huge potential applications in the field of paper, construction, automotive, food, cosmetics, electronic products and medical. This article describes what's the NCC and some preparation methods, nature, current research and applications. And looking up theNCC as a prospect of a better future nanomaterials. This research is an important issue for sustainable development in the 21st century. Key words: Nanocrystallinecellulose; preparation methods; properties;applications微生物纤维素的生物合成及其应用前景
纤维素降解菌
纳米基础知识考试题
纳米纤维素晶体
相关主题
文本预览