響應曲面優化低共熔溶劑預處理麥秸稈制備含木質素納米纖維素

李相紅 陳 旭 李亞茹 徐文彪 時君友 李翔宇

（北華大學吉林省木質材料科學與工程重點實驗室，吉林省 吉林市 132013）

由于化石燃料所帶來的環境問題，及其自身的不可再生性,可持續和環境友好的生物質基復合材料需求量逐年提高[1]。生物質基復合材料是以生物降解聚合物和天然填料為原料制成的。研究表明，在復合材料中嵌入纖維可有效增強復合材料的性能[2-6]。作為天然材料，納米纖維素晶（Cellulose Nanocrystals，CNC）具有資源豐富、重量輕、比表面積大、強度高等優點，可以從農林廢棄物中提取獲得。麥秸稈（Wheat Straw，WS）作為農作物廢棄物，在全球范圍內分布廣泛，年產量達5.29 億t[7]。我國約有 2.33×1011m2的麥種植面積，每年的麥秸稈產量高達 1.5×108t[8]，但其利用率很低。

納米纖維素晶獲取過程十分復雜。纖維素類材料由于其復雜的纖維結構及分子間和分子內氫鍵，在水中和各有機溶劑中的溶解度低，難以分離出木質素、半纖維素和原纖維化纖維素。具有高結晶度的納米纖維素可通過原纖維化纖維素中無定形區域的水解來轉化。目前，制備納米纖維素的方法包括化學預處理、機械預處理和酶促預處理。但是，化學預處理會導致嚴重的環境污染、機器腐蝕和高水消耗。機械處理能耗高，產品均一差，穩定性差，CNC顆粒容易聚集。酶處理不會消耗太多能量，但需要很長時間。因此，科學家正在探索一種高效、環保的纖維素納米纖絲（Cellulose Nanofibrils，CNF）和CNC的制備方法[9-10]。低共熔溶劑（Deep Eutectic Solvent，DES）是一類相對較新的化學物質，可用作溶劑、催化劑和試劑[11]。……