新型溶劑體系下纖維素溶解機理研究進展

李 鑫， 游婷婷， 許杜鑫， 李海潮， 吳玉英， 許 鳳

(北京林業(yè)大學 生物質(zhì)化學北京市重點實驗室,北京 100083)

纖維素是植物細胞壁的主要化學組分之一，大量存在于木材、秸稈、竹子、棉等木質(zhì)纖維原料中。開發(fā)纖維素膜、絲、凝膠等生物質(zhì)基材料以及改性制備羥甲基纖維素等衍生物，在化工、紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、油田化學和生物化學等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1]?？紤]到煤炭、石油、天然氣等不可再生資源的日益枯竭，充分高效地利用纖維素這類可再生資源，對維持社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展、減少傳統(tǒng)能源工業(yè)對不可再生資源的依賴具有重要意義[2]。纖維素是由D-吡喃葡萄糖通過β-1,4糖苷鍵連接而成的線型高分子多糖，其中大量醇羥基容易形成多重的分子間和分子內(nèi)氫鍵，削弱了大部分羥基的親和作用，從而使其難溶于水和普通有機溶劑。目前，溶解纖維素的方法可以分為衍生化溶解法和直接溶解法，前者溶解過程中溶劑體系與纖維素發(fā)生衍生化反應(yīng)促進溶解，例如，NaOH/CS2、多聚甲醛/二甲基亞砜、N2O4/二甲基甲酰胺等溶劑體系；后者屬于物理溶解，溶劑體系主要破壞纖維素氫鍵網(wǎng)絡(luò)，包括N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)體系、堿水溶液體系、LiCl/二甲基乙酰胺、離子液體等。當前的纖維素工業(yè)化溶解技術(shù)主要有黏膠法和萊賽爾法，黏膠法采用衍生化溶劑NaOH/CS2溶解纖維素，通過與纖維素發(fā)生化學反應(yīng)形成纖維素衍生物，使其溶解，該生產(chǎn)過程工藝繁瑣，會排放CS2等有害物質(zhì)，造成環(huán)境污染并損害人體健康，不利于可持續(xù)發(fā)展；……