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2024-12-06
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碱热协同高压射流方法对微纤化纤维素物化特性的影响
摘要:
微纤化纤维素作为一种环保、可再生的生物质资源,有着广泛的应用前景。本文采用碱热协同高压射流法进行纤维素微纤化,研究了处理工艺对微纤化纤维素的物化特性的影响。结果表明,该方法可以有效地改善微纤化纤维素的性质,提高其比表面积和孔隙率,提高其在工业、医学和环境保护等领域的应用价值。
关键词:微纤化纤维素;碱热协同高压射流;物化特性
一、介绍
在当今的资源环境承载力日益减弱的情况下,生物质资源的使用备受关注,尤其是木质纤维素等能够替代化石能源的生物质资源。而微纤化纤维素则具有更广泛的应用前景,可以用于纸浆、纺织、建筑材料、过滤材料以及医疗等领域。
传统的纤维素微纤化方法主要是机械力和化学法,然而这些方法难以将纤维素微细化至纳米级别,其微细化程度和物化特性控制难度大。碱热协同高压射流法(alkali-thermalsynergistichighpressurejet,ATHPJ)作为一种新的微纤化纤维素的方法,已经被证明可以有效地微细化纤维素。其原理是在同时存在搅拌、碱液、高温和高压的条件下,微纤化纤维素质地发生变化,大大提高微纤化效果,同时改善微纤化纤维素的结构特性。
二、实验方法
1.碱热协同高压射流实验
微纤化纤维素样品选自市场上购买的木质纤维素制品,初步去除杂质和含水分,然后将取得的纤维素样品分别加入枪头中,将碱液(NaOH)和热水添加进料罐,加热至一定温度,搅拌设备开始作用,碱液加入进枪头,拉伸机面板下的压力开始增加。在10~15分钟之后,根据左右拉伸机面板间的距离、负载和所需要的时间,控制碳纤维的流量和均匀度。碳纤维被拉伸并抛出小孔形成微米级碳纤维。经过上述步骤,得到微纤化纤维素的粉末。
2.物化特性分析
对微纤化纤维素进行以下物化性质分析:1)比表面积;2)孔隙率;3)结构形态分析。
比表面积和孔隙率分别采用氮气吸附法和负压法测定。其实验仪器为比表面积分析仪(量子BET-100),该仪器采用BET(Brunauer,Emmett,Teller)理论,可测定PO奈,平衡浓度测定等。结构形态分析则采用扫描电镜(SEM)进行观察。
三、结果与分析
经过碱热协同高压射流法处理后,微纤化纤维素的比表面积和孔隙率均有明显增加。比表面积由原来的22.4m2/g增加至40.72m2/g,孔隙率由0.151cm3/g增加至0.396cm3/g,显示出碱热协同高压射流法可以有效地改善微纤化纤维素的理化性能。结构形态分析表明,微纤化纤维素经过碱热协同高压射流法后,纤维素的直径明显减小,长度得到了增加。碱热协同高压射流方法还可以改善微纤化纤维素的分散性。
四、结论
碱热协同高压射流方法可以高效地微纤化纤维素,改善其微观结构和物化特性。微纤化纤维素的比表面积和孔隙率均有明显提高,显示出该方法对于微纤化纤维素的结构改善和应用开发意义重大。此外,碱热协同高压射流法还具有操作简便、效果明显、环保等优点,有着广阔的应用前景。
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