小麦秸秆纤维素纳米纤维的制备与表征

【作者】 刘琪； 何文清； 郭瑞； 宋吉青；

【机构】 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所作物高效节水与抗灾减损国家工程实验室农业部旱作节水农业重点实验室；

【摘要】 【研究目的】本研究针对农作物秸秆废弃物产生的环境问题,以及传统的纳米纤维素制备方法效率低、环境污染大等问题,建立了一种从小麦秸秆中分离纤维素纳米纤维的环境友好型制备方法。【方法】经蒸汽爆破处理的小麦秸秆纤维,在甲酸/乙酸/水(30/60/10)混合有机酸中加热回流,再以过氧化氢漂白,最后进行高压均质处理,最终得到小麦秸秆纤维素纳米纤维;对每个处理过程得到的纤维及纳米纤维的组成进行了测试分析,并对其进行了结构(傅里叶变换红外光谱,FTIR)、结晶度(X射线衍射,XRD)、形貌(扫描电子显微镜,SEM)及热稳定性(热重分析,TGA)表征。【结果】纤维组成测试结果表明,经过不同处理过程,纤维化学组成中木质素和半纤维素的含量逐渐减少,纤维素含量从44.8%逐渐增加至94.3%;SEM表征结果表明,分离得到的纤维素纳米纤维直径为20-30 nm,并且具有较高的纵横比;XRD结果表明,通过一系列的处理过程,纤维的结晶度得到了提高;TGA的研究显示,与每个处理过程所得到的纤维相比,最终产物纤维素纳米纤维具有更好的热稳定性。【结论】FT-IR,SEM,XRD和TGA研究结果表明,这个多步骤的制备方法有效地去除了样品中的半纤维素和木质素等非纤维素组分,该方法为农作物秸秆纤维素的利用提供了一种更加高效环保的方法。而所得到的纤维素纳米纤维在环境友好型纳米复合材料、汽车工业和光学透明薄膜等领域都具有广阔的应用前景。更多还原