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納米纖維素“四十年磨一劍”，新方法實現(xiàn)綠色噸級規(guī)模化生產(chǎn)
文章來源：賢集網(wǎng)     更新時間：2024-03-15 16:18:16
日前，東北林業(yè)大學(xué)于海鵬教授和團隊提出一種羧基化纖維素納米纖維的制備新方法解決了此前這種納米纖維素難以實現(xiàn)低成本、規(guī)模化、可持續(xù)制備的難題，有助于實現(xiàn)納米纖維素的綠色規(guī)模化生產(chǎn)。



據(jù)介紹，這種方法可以保留天然結(jié)構(gòu)的纖維素納米纖維，所制備的纖維素納米纖維不僅具有超細的直徑、高長徑比和豐富的羧基，而且繼承了纖維素的天然優(yōu)秀屬性。



1、納米纖維素“四十年風(fēng)雨路”



眾所周知，當(dāng)今社會面臨著化石資源的枯竭、以及對于碳中和的要求。解決途徑之一：便是將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為高附加值的生物基材料、能源和化學(xué)品等高附加值產(chǎn)品。



納米纖維素，廣泛存在于各類植物比如木材、竹、棉、麻、秸稈、麥草、蘆葦、紙漿中，是植物纖維素組分的一種纖絲表現(xiàn)形式。因其直徑尺寸通常在 100nm 以內(nèi)，固被稱為“納米纖維素”。







納米纖維素的分子結(jié)構(gòu)、幾何形狀、化學(xué)特性、物理力學(xué)特性和生物學(xué)特性都極具特點，并已實現(xiàn)廣泛的用途。



早在 1983 年，學(xué)界就已經(jīng)在實驗室中獲得了納米纖維素，但直到 2004 年后人們才開始密集研究這一領(lǐng)域，2012 年后形成全球范圍內(nèi)的研究熱潮并保持至今。



近年來，學(xué)界開發(fā)了許多制備方法，包括化學(xué)法、機械法、生物法、混合法。



從制備效果和普及度而言，強酸水解法、TEMPO（2,2,6,6-Tetramethylpiperidoxyl，2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物）氧化法、化學(xué)-機械法最具代表性。



強酸水解法，主要用來生產(chǎn)長徑比相對較小的纖維素納米晶。化學(xué)-機械法，主要用來生產(chǎn)長徑比相對較高的纖維素納米纖維。



TEMPO 氧化法，所生成產(chǎn)物的長徑位于上述二者之間，但是更為精細，表面帶有羧酸根官能團，因此性質(zhì)較為穩(wěn)定，功能應(yīng)用也更加出色。



這些納米纖維素的制備方法，盡管在實驗室規(guī)模的研究中相對成熟，但是真正實現(xiàn)商用的并不多。



納米纖維素的生產(chǎn)實踐，不僅要求方法和過程具備高效性，還需要綜合考慮工業(yè)放大的裝置問題、能耗問題、試劑成本問題、試劑循環(huán)利用問題、廢液排放問題、以及環(huán)境影響等。否則，就會制約其生產(chǎn)和應(yīng)用的發(fā)展。



因此，發(fā)展一種具備工業(yè)化前景的新方法，所采用的溶劑必須符合“綠色化學(xué)的十二法則”，并能滿足與可持續(xù)發(fā)展高度契合的發(fā)展要素。



2、展望未來



盡管納米纖維素在電池隔膜領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成果，但仍需要進一步研究和改進。未來的研究應(yīng)集中在以下幾個方面：



a. 優(yōu)化制備工藝：進一步優(yōu)化制備工藝，降低成本，提高產(chǎn)量。







b. 提高性能：通過改進制備工藝或添加其他材料，進一步提高納米纖維素電池隔膜的性能。



c. 擴大應(yīng)用范圍：將納米纖維素電池隔膜應(yīng)用于不同類型的電池中，如鋰離子電池、鈉離子電池等。



納米纖維素是一種由植物細胞壁提取得到的納米級材料，因其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，廣泛用于多個領(lǐng)域。近年來，隨著電磁輻射問題的日益嚴重，電磁屏蔽材料的需求也在持續(xù)增長。因此，納米纖維素在制造高性能電磁屏蔽材料等領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。



近年來,納米纖維素受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，在綠色建材領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越的應(yīng)用前景。然而，固有的親水性仍然是阻礙納米纖維素大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用的主要缺點，因此需要采用化學(xué)手段對納米纖維素的分子結(jié)構(gòu)進行改性,進一步推動納米纖維素的商業(yè)化普及。

原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_543479.html
來源：賢集網(wǎng)
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