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纳米纤维素“四十年磨一剑”，新方法实现绿色吨级规模化生产

文章来源：贤集网更新时间：2024-03-15 16:18:16

日前，东北林业大学于海鹏教授和团队提出一种羧基化纤维素纳米纤维的制备新方法解决了此前这种纳米纤维素难以实现低成本、规模化、可持续制备的难题，有助于实现纳米纤维素的绿色规模化生产。

据介绍，这种方法可以保留天然结构的纤维素纳米纤维，所制备的纤维素纳米纤维不仅具有超细的直径、高长径比和丰富的羧基，而且继承了纤维素的天然优秀属性。

1、纳米纤维素“四十年风雨路”

众所周知，当今社会面临着化石资源的枯竭、以及对于碳中和的要求。解决途径之一：便是将生物质资源转化为高附加值的生物基材料、能源和化学品等高附加值产品。

纳米纤维素，广泛存在于各类植物比如木材、竹、棉、麻、秸秆、麦草、芦苇、纸浆中，是植物纤维素组分的一种纤丝表现形式。因其直径尺寸通常在 100nm 以内，固被称为“纳米纤维素”。

纳米纤维素的分子结构、几何形状、化学特性、物理力学特性和生物学特性都极具特点，并已实现广泛的用途。

早在 1983 年，学界就已经在实验室中获得了纳米纤维素，但直到 2004 年后人们才开始密集研究这一领域，2012 年后形成全球范围内的研究热潮并保持至今。

近年来，学界开发了许多制备方法，包括化学法、机械法、生物法、混合法。

从制备效果和普及度而言，强酸水解法、TEMPO（2,2,6,6-Tetramethylpiperidoxyl，2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物）氧化法、化学-机械法最具代表性。

强酸水解法，主要用来生产长径比相对较小的纤维素纳米晶。化学-机械法，主要用来生产长径比相对较高的纤维素纳米纤维。

TEMPO 氧化法，所生成产物的长径位于上述二者之间，但是更为精细，表面带有羧酸根官能团，因此性质较为稳定，功能应用也更加出色。

这些纳米纤维素的制备方法，尽管在实验室规模的研究中相对成熟，但是真正实现商用的并不多。

纳米纤维素的生产实践，不仅要求方法和过程具备高效性，还需要综合考虑工业放大的装置问题、能耗问题、试剂成本问题、试剂循环利用问题、废液排放问题、以及环境影响等。否则，就会制约其生产和应用的发展。

因此，发展一种具备工业化前景的新方法，所采用的溶剂必须符合“绿色化学的十二法则”，并能满足与可持续发展高度契合的发展要素。

2、展望未来

尽管纳米纤维素在电池隔膜领域的应用已经取得了一定的成果，但仍需要进一步研究和改进。未来的研究应集中在以下几个方面：

a. 优化制备工艺：进一步优化制备工艺，降低成本，提高产量。

b. 提高性能：通过改进制备工艺或添加其他材料，进一步提高纳米纤维素电池隔膜的性能。

c. 扩大应用范围：将纳米纤维素电池隔膜应用于不同类型的电池中，如锂离子电池、钠离子电池等。

纳米纤维素是一种由植物细胞壁提取得到的纳米级材料，因其优异的物理和化学性能，广泛用于多个领域。近年来，随着电磁辐射问题的日益严重，电磁屏蔽材料的需求也在持续增长。因此，纳米纤维素在制造高性能电磁屏蔽材料等领域的应用备受关注。

近年来,纳米纤维素受到学者们的广泛关注，在绿色建材领域展现出卓越的应用前景。然而，固有的亲水性仍然是阻碍纳米纤维素大规模生产与应用的主要缺点，因此需要采用化学手段对纳米纤维素的分子结构进行改性,进一步推动纳米纤维素的商业化普及。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_543479.html
来源：贤集网
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