植物纤维改性技术及其应用.pptx

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1、 经过多年的发展，改性纤维素应用价经过多年的发展，改性纤维素应用价值得到了广泛认可。改性纤维素在环境保值得到了广泛认可。改性纤维素在环境保护领域中应用广泛。主要集中在重金属吸护领域中应用广泛。主要集中在重金属吸附、富集、回收方面。在大气净化领域也附、富集、回收方面。在大气净化领域也有研究。有研究。第1页/共17页 纤维素属于结晶区和非结晶区共存的结构，由于此结构以及分子内和分子间氢键的影响。使得纤维素很难溶于普通的溶剂，这就决定了纤维素多数的化学反应都是在多相介质中进行的，很难进行均匀的化学改性。为了克服多相反应的非均匀性和提高纤维素的反应性能，在进行反应之前，纤维素材料通常都经历溶胀或活化处

2、理。通常的方法是在纤维素反应前进行各种化学、物理及生物方法的预处理。纤纤 维维 素素 的的 预预 处处 理理第2页/共17页 化学预处理利用氢氧化钠溶液化学预处理利用氢氧化钠溶液对纤维素进行润胀预处理是发现最早、对纤维素进行润胀预处理是发现最早、应用最广、最有效的手段之一，又称应用最广、最有效的手段之一，又称莫塞斯光处理法莫塞斯光处理法纤纤 维维 素素 的的 预预 处处 理理第3页/共17页 物理预处理物理预处理常规的物理活化方常规的物理活化方法包括干法或湿法法包括干法或湿法磨、蒸汽爆炸、氨磨、蒸汽爆炸、氨爆炸、溶剂交换或爆炸、溶剂交换或者浸润等。在物理者浸润等。在物理预处理过程中，纤预处理过

3、程中，纤维素的形态结构会维素的形态结构会发生变化，使可及发生变化，使可及的表面和小孔增加。的表面和小孔增加。蒸汽爆破处理蒸汽爆破处理对纤维素分子内和对纤维素分子内和分子间氢键的断裂、分子间氢键的断裂、纤维素超分子结构纤维素超分子结构的破坏、化学反应的破坏、化学反应性的提高非常有效。性的提高非常有效。具有处理时间短、具有处理时间短、化学用品用量少、化学用品用量少、能耗低等优点。能耗低等优点。纤纤 维维 素素 的的 预预 处处 理理第4页/共17页 生物技术预处理生物技术作为预生物技术预处理生物技术作为预处理手段，通常是将酶应用于制浆工处理手段，通常是将酶应用于制浆工艺的打浆过程。目前，酶法预处理

4、工艺的打浆过程。目前，酶法预处理工业化的难题之一是纤维素酶价格昂贵，业化的难题之一是纤维素酶价格昂贵，酶的费用约占整个过程费用的酶的费用约占整个过程费用的60%60%到到80%80%左右，因此其应用性不如化学、左右，因此其应用性不如化学、物理等预处理方法。物理等预处理方法。纤纤 维维 素素 的的 预预 处处 理理第5页/共17页纤纤维维素素的的改改性性方方法法 纤维素是由许多纤维素是由许多-D-D-葡萄糖分子脱葡萄糖分子脱水缩合而成，不分枝，水缩合而成，不分枝，-葡萄糖分子借葡萄糖分子借-1-1，4-4-糖苷连接，纤维素的这一结特糖苷连接，纤维素的这一结特点使得纤维素在经过适当的预处理后，点使

5、得纤维素在经过适当的预处理后，可以通过一系列的化学改性反应，制取可以通过一系列的化学改性反应，制取不同用途的功能高分子材料。按其反应不同用途的功能高分子材料。按其反应方法不同，大致可分为氧化反应，酯化、方法不同，大致可分为氧化反应，酯化、醚化反应，亲核取代反应，接枝共聚改醚化反应，亲核取代反应，接枝共聚改性和交联性和交联5 5种。种。第6页/共17页 氧化反应氧化反应 纤维素完全氧化的纤维素完全氧化的最终产物是二氧化碳和水，但是部分氧最终产物是二氧化碳和水，但是部分氧化作用可以把新的官能团化作用可以把新的官能团醛基、醛基、酮基、羧基或烯醇基等引入纤维素大分酮基、羧基或烯醇基等引入纤维素大分子，

6、生成不同性质的水溶性或不溶性的子，生成不同性质的水溶性或不溶性的氧化物，称之为氧化纤维素。氧化物，称之为氧化纤维素。纤纤维维素素的的改改性性方方法法第7页/共17页 酯化、醚化反应酯化、醚化反应 纤维素的酯、醚纤维素的酯、醚化反应是最为重要的纤维素衍生化反应，纤维化反应是最为重要的纤维素衍生化反应，纤维素分子链上的羟基可与酸、酸酐、酰卤等发生素分子链上的羟基可与酸、酸酐、酰卤等发生反应生成酯，与烷基化试剂反应生成纤维素醚反应生成酯，与烷基化试剂反应生成纤维素醚于本世纪五、六十年代相继实现工业化。纤于本世纪五、六十年代相继实现工业化。纤维素酯中，以纤维素硝酸酯、纤维素醋酸酯和维素酯中，以纤维素硝

7、酸酯、纤维素醋酸酯和纤维素黄原酸酯最为普遍和重要，目前已广泛纤维素黄原酸酯最为普遍和重要，目前已广泛纤纤维维素素的的改改性性方方法法应用于涂料、日用化工、制药、应用于涂料、日用化工、制药、纺织、塑料、烟草、粘合剂、膜纺织、塑料、烟草、粘合剂、膜科学等工业部门和研究领域中。科学等工业部门和研究领域中。第8页/共17页 接枝共聚反应接枝共聚反应 改性纤维素虽然比天然改性纤维素虽然比天然纤维素有了较为明显的优点，但其相对分子质纤维素有了较为明显的优点，但其相对分子质量增加不多，而使其强度、粘度等性质受到了量增加不多，而使其强度、粘度等性质受到了一定的限制。因此，改性纤维素的接枝共聚能一定的限制。因此

8、，改性纤维素的接枝共聚能克服以上缺点，使其应用更加广泛。改性后的克服以上缺点，使其应用更加广泛。改性后的纤维素可用于生物降解塑料、复合材料、吸水纤维素可用于生物降解塑料、复合材料、吸水树脂、离子交换树脂、絮凝剂以及螯合纤维等树脂、离子交换树脂、絮凝剂以及螯合纤维等方面。纤维素的接枝共聚使纤维素改性，其围方面。纤维素的接枝共聚使纤维素改性，其围很广，包括增强（湿强与干强）、防火耐燃、很广，包括增强（湿强与干强）、防火耐燃、纤纤维维素素的的改改性性方方法法抗热、电绝缘性、导电性、耐抗热、电绝缘性、导电性、耐微生物、耐酸、耐磨、染料吸微生物、耐酸、耐磨、染料吸收等。纤维素接枝共聚主要方收等。纤维素接

9、枝共聚主要方法有自由基聚合、离子型共聚法有自由基聚合、离子型共聚及缩聚与开环聚合等。及缩聚与开环聚合等。第9页/共17页 亲核取代反应亲核取代反应 在糖类化学中，羟基的亲在糖类化学中，羟基的亲核取代反应，主要为核取代反应，主要为S SN2N2取代起着相当重要的作用，取代起着相当重要的作用，采用这种反应可以合成新的纤维素衍生物。其中采用这种反应可以合成新的纤维素衍生物。其中包括包括C C取代的脱氧纤维素衍生物（取代的脱氧纤维素衍生物（deoxycellulose deoxycellulose deriva-tivesderiva-tives），如脱氧纤维素卤代物），如脱氧纤维素卤代物（halod

10、eoxy cellulosehalodeoxy cellulose）和脱氧氨基纤维素）和脱氧氨基纤维素（aminodeoxy celluloseaminodeoxy cellulose）。首先，将纤维素转）。首先，将纤维素转化为相应的甲苯磺酸酯或甲基磺酸酯化为相应的甲苯磺酸酯或甲基磺酸酯然后，用然后，用纤纤维维素素的的改改性性方方法法卤素或卤化物、氨、一级胺和二级胺卤素或卤化物、氨、一级胺和二级胺或三级胺等亲核试剂，将易离去基团或三级胺等亲核试剂，将易离去基团（CH3C6H5SO3CH3C6H5SO3）取代，即可得到脱氧）取代，即可得到脱氧纤维素卤代物和脱氧纤维素卤代物和脱氧 氨基纤维素。脱氨

11、基纤维素。脱氧纤维素卤代物是制备纤维素功能衍氧纤维素卤代物是制备纤维素功能衍生物的原料。生物的原料。第10页/共17页 交联反应交联反应 纤维素结构中含有纤维素结构中含有大量醇羟基，植物纤维物理结构上的大量醇羟基，植物纤维物理结构上的多毛细管性，大的比表面积，使天然多毛细管性，大的比表面积，使天然纤维素自身就具有较强的吸水性，因纤维素自身就具有较强的吸水性，因而作为吸水材料得到一定的应用。通而作为吸水材料得到一定的应用。通过交联反应，使纤维素具有更适宜的过交联反应，使纤维素具有更适宜的亲水结构，可进一步提高纤维素及其亲水结构，可进一步提高纤维素及其纤纤维维素素的的改改性性方方法法衍生物如衍生物

12、如CMCCMC、HECHEC、MCMC等的吸水性，等的吸水性，因此可制备高吸水因此可制备高吸水性高吸附材料。性高吸附材料。第11页/共17页 目前，在环保领域，改性纤维素多用于对目前，在环保领域，改性纤维素多用于对污水的吸附处理，如对水中的污水的吸附处理，如对水中的N N、P P、AsAs、CrCr等等进行吸附处理。同时，在大气净化领域的研究进行吸附处理。同时，在大气净化领域的研究与应用也逐渐增加。与应用也逐渐增加。改性纤维素在环境保护领域中的应用改性纤维素在环境保护领域中的应用天然纤维素经过预处理和化学改性后可得天然纤维素经过预处理和化学改性后可得到性能优良的新材料，广泛应用于各个领到性能优

13、良的新材料，广泛应用于各个领域域如医药、日用化工、膜工业、塑料工如医药、日用化工、膜工业、塑料工业等。业等。改性纤维素在环境保护领域中的应用改性纤维素在环境保护领域中的应用第12页/共17页 改性纤维素在水处理领域的应用改性改性纤维素在水处理领域的应用改性纤维素多用于吸附废水中的重金属离子，纤维素多用于吸附废水中的重金属离子，达到去除、富集、回收的目的。改性纤维达到去除、富集、回收的目的。改性纤维素吸附剂吸附、分离和提取废水中的重金素吸附剂吸附、分离和提取废水中的重金属离子与一般的重金属处理方法相比，具属离子与一般的重金属处理方法相比，具有吸附量大、吸附速度快、成本低、操作有吸附量大、吸附速度

14、快、成本低、操作简单、不产生二次污染等优点。简单、不产生二次污染等优点。改性纤维素在环境保护领域中的应用改性纤维素在环境保护领域中的应用第13页/共17页 改性纤维素在空气净化领域的应用在改性纤维素在空气净化领域的应用在空气净化领域，长期以来。空气净化装置空气净化领域，长期以来。空气净化装置及各种形式的呼吸性防毒面具多采用活性及各种形式的呼吸性防毒面具多采用活性碳颗粒或纤维作为吸附过滤材料。碳颗粒或纤维作为吸附过滤材料。改性纤维素在环境保护领域中的应用改性纤维素在环境保护领域中的应用第14页/共17页 由于纤维素原料丰富、耐酸碱腐蚀、成本较由于纤维素原料丰富、耐酸碱腐蚀、成本较低等优势，改性纤

15、维素技术及其应用越来越受到低等优势，改性纤维素技术及其应用越来越受到重视。随着一次能源的消耗，化纤制品也离绿色重视。随着一次能源的消耗，化纤制品也离绿色化学的概念日行渐远，因此，以可再生天然纤维化学的概念日行渐远，因此，以可再生天然纤维素为主体的改性纤维素的开发利用也符合可持续素为主体的改性纤维素的开发利用也符合可持续发展与环境友好的目标。改性纤维素目前较多应发展与环境友好的目标。改性纤维素目前较多应用于传统环保领域，但是投入实际工程应用的并用于传统环保领域，但是投入实际工程应用的并不多，但是国外已经延伸到高附加值的药物缓释不多，但是国外已经延伸到高附加值的药物缓释领域。因此，纤维素改性技术的应用前景广阔，领域。因此，纤维素改性技术的应用前景广阔，但在具体领域的实际应用尚需进一步深入。但在具体领域的实际应用尚需进一步深入。发展与展望发展与展望第15页/共17页谢谢第16页/共17页2023/4/19感谢您的观看。第17页/共17页