国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

4種方法從葎草中制備的納米纖維素性能

2017-09-08 03:40:14姜亞妮周驥平趙國(guó)琦許曉東
草業(yè)科學(xué) 2017年8期
關(guān)鍵詞:大功率結(jié)晶度木質(zhì)素

姜亞妮,周驥平,張 琦,趙國(guó)琦,許曉東

(1.揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225000; 2.揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225000)

4種方法從葎草中制備的納米纖維素性能

姜亞妮1,周驥平2,張 琦2,趙國(guó)琦1,許曉東1

(1.揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225000; 2.揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225000)

以葎草(Humulusscandens)為原料,分別采用4種方法制備了納米纖維素,分別為硫酸水解所制得的纖維素納米晶須(sulfuric acid-cellulose nanocrystals,S-CNC)、鹽酸水解法制得的纖維素納米晶須(hydrochloric acid-cellulose nanocrystals,H-CNC)、大功率超聲法制得的纖維素納米纖維(ultrasound-cellulose nanofibrils,U-CNF)和高速攪拌法制得的纖維素納米纖維(stirring-cellulose nanofibrils,S-CNF),然后采用透射電子顯微鏡(TEM)、傅利葉紅外光譜儀(FTIR)、X射線衍射儀(XRD)、熱重分析儀(TGA)分別對(duì)4種纖維素的形態(tài)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,硫酸水解法和鹽酸水解法制備的納米纖維素呈棒狀,大功率超聲法和高速攪拌法制備的納米纖維素呈網(wǎng)狀;S-CNC具有最高的結(jié)晶度(70.05%),而S-CNF結(jié)晶度最低(58.94%);4種納米纖維素均保持著纖維素Ⅰ型結(jié)構(gòu);U-CNF的熱穩(wěn)定性最佳,開(kāi)始分解溫度為261.9 ℃,而S-CNC的熱穩(wěn)定性最差,初始分解溫度為217.8 ℃。

野生草本植物;葎草;納米纖維素;硫酸水解法;鹽酸水解法;高速攪拌法;大功率超聲法

納米纖維素(nanocellulose)主要可分為兩種形態(tài),具有棒狀形態(tài)的稱(chēng)為纖維素納米晶(cellulose nanocrystals )或纖維素晶須(cellulose whisker),而具有網(wǎng)狀形態(tài)的稱(chēng)為纖維素納米纖維(cellulose nanofibrils),其直徑一般在1~100 nm[2]。納米纖維素具有高的強(qiáng)度和模量、大的比表面積、低的比熱系數(shù)、高的長(zhǎng)徑比、生物可降解性、親水親油等特性,這些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能使得納米纖維素在物理、化學(xué)等方面具有特異性,能夠明顯改變材料的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué),甚至超導(dǎo)性和絕緣等性能[3-4],因此,納米纖維素被廣泛應(yīng)用于建筑、造紙、食品、汽車(chē)、電子產(chǎn)品、生物材料、化妝品、醫(yī)藥、超精密儀器、航天、軍工等領(lǐng)域[5]。納米纖維素的形態(tài)和性能受植物種類(lèi)、制備方法、工藝參數(shù)等多方面因素的影響。目前,納米纖維素的制備方法主要有化學(xué)方法、機(jī)械方法和生物等多種制備方法[1]。

葎草(Humulusscandens),又叫拉拉秧,多年生莖蔓草本植物,株高1~5 m,莖和葉柄上有細(xì)倒鉤,葉片呈掌狀,莖部喜歡纏繞其它植物生長(zhǎng),常被作為一種侵略性的有害植物而被拔除[6-7]。葎草莖纖維含量高,若以葎草為原料制備出具有優(yōu)異性能、高附加值的生物質(zhì)材料,既可以變廢為寶,又可以實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。目前已有科研人員對(duì)葎草生長(zhǎng)特性及營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行分析研究[8-9],但尚未有從葎草中分離納米纖維素的有關(guān)報(bào)道。本研究首次以葎草莖為原料,分別采用硫酸水解法、鹽酸水解法、大功率超聲和高速攪拌方法分別制備4種納米纖維素,并對(duì)4種納米纖維素的形態(tài)、結(jié)晶性能、化學(xué)結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性進(jìn)行比較和研究,為葎草中分離納米纖維素的工藝優(yōu)化提供新的理論和試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和藥品

葎草莖(5月上旬,取江蘇省揚(yáng)州市野外長(zhǎng)勢(shì)良好的葎草,剪刀截取莖部)、硫酸、氫氧化鈉、亞氯酸鈉均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 硫酸水解法制備纖維素納米晶須(sulfuric acid-cellulose nanocrystals,S-CNC) 將葎草莖顆粒用氫氧化鈉溶液進(jìn)行蒸煮,料液比為1∶15,氫氧化鈉濃度為 4%,80 ℃溫度下蒸煮2 h,以除去半纖維素。然后用酸化亞氯酸鈉(pH=5)于80 ℃下處理3次,每次1 h,料液比1∶15,以獲得純化纖維素。

取葎草莖純化纖維素,置于濃度為60%硫酸溶液中,保持45 ℃高速攪拌1 h。反應(yīng)結(jié)束后加入大量去離子水終止反應(yīng),多次離心洗滌至中性,冷凍干燥得到干態(tài)S-CNC。

1.2.2 鹽酸水解法制備纖維素納米晶須(hydrochloric acid-cellulose nanocrystals,H-CNC) 取葎草莖純化纖維素,置于濃度8 mol·L-1鹽酸溶液中,85 ℃溫度下高速攪拌2 h。后續(xù)步驟如上,最后冷凍干燥得到干態(tài)的H-CNC。

1.2.3 大功率超聲法制備纖維素納米纖維(ultrasound-cellulose nanofibrils,U-CNF) 配置濃度為0.3%的葎草莖純化纖維素水溶液,于冰水浴中超聲30 min(功率1 000 W),將溶液冷凍干燥,即可得到U-CNF。

1.2.4 高速攪拌法制備纖維素納米纖維(stirring-cellulose nanofibrils,S-CNF) 配置濃度為 0.3%的葎草莖純化纖維素水溶液,于冰水浴中高速攪拌30 min(轉(zhuǎn)速15 000 r·min-1),將溶液冷凍干燥,即可得到S-CNF。

1.3 成分分析和結(jié)構(gòu)表征

1.3.1 成分分析 萃取物、木質(zhì)素含量的測(cè)定含量參照NREL/TP-510-42619[10],NREL/TP-510-42618[11]。α-纖維素含量測(cè)定參照TAPPI T203om-99[12],棕纖維含量的測(cè)定參照Wise等[13]的方法,半纖維素含量為棕纖維和α纖維素含量的差值。數(shù)據(jù)用3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1.3.2 結(jié)構(gòu)表征 使用數(shù)碼相機(jī)(S2900HD,FinePix Co,Ltd,Japan)拍攝不同階段樣品的宏觀照片。采用場(chǎng)發(fā)射型掃描電子顯微鏡(FE- SEM,S-4800,Hitachi Co.,Ltd.,Japan)對(duì)不同化學(xué)處理后的樣品的微觀形貌進(jìn)行觀察:將一滴稀釋后的樣品溶液滴到玻璃片上,室溫干燥并噴金處理后進(jìn)行觀察。采用透射電子顯微鏡(TEM,Tecnai 12,Philips Co.,Ltd.,Holland)對(duì)4種方法制備的不同納米纖維素樣品的微觀形貌進(jìn)行觀察:一滴濃度約0.3%的CNC或CNF溶液滴到銅網(wǎng)上,用磷鎢酸復(fù)染3 min,室溫干燥后進(jìn)行觀察。將TEM照片用圖像處理軟件Image J(National Institute of Health,USA)進(jìn)行處理,計(jì)算得到納米纖維素的直徑和長(zhǎng)度。使用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR,670-IR 670-IR+610-IR Varian,Varian Co.,Ltd.,USA),采用溴化鉀壓片法測(cè)試樣品的官能團(tuán),掃描波數(shù)范圍為400~4 000 cm-1。采用多晶X射線衍射儀(D8 ADVANCE,Bruker-AXS Co.,Ltd.,Germany)對(duì)樣品的結(jié)晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,掃描角度(2θ)范圍為10°~40°,結(jié)晶度(CI)的計(jì)算公式[14]如下:

式中:I002為結(jié)晶區(qū)的衍射強(qiáng)度,2θ約為22.5°,Iam為無(wú)定形區(qū)的衍射強(qiáng)度,2θ約為18.5°;采用熱重分析儀(Pyris1TGA,PerkinElmer,Co.,Ltd.,USA)于氮?dú)夥諊聦?duì)樣品的熱穩(wěn)定性能進(jìn)行分析,加熱溫度從30到700 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel2003軟件中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理。利用SPSS13.0軟件進(jìn)行顯著性分析。顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 成分分析

未經(jīng)處理的葎草莖中α-纖維素含量為43.11%,半纖維素含量為22.95%,木質(zhì)素含量為20.24%,灰分含量為7.36%,萃取物含量為3.60%(表1)。亞氯酸鈉漂白后得到的純化纖維素,其α-纖維素含量提高至84.91%,半纖維素含量降為6.82%,木質(zhì)素含量降為3.27%。由此可見(jiàn),化學(xué)處理可以有效地降低半纖維素和木質(zhì)素的含量。這是由于半纖維素中的木聚糖與其它分子間的酯鍵在堿性條件下發(fā)生了皂化反應(yīng)而斷裂,使得木質(zhì)素和半纖維素得以脫除。進(jìn)一步的漂白反應(yīng)中,亞氯酸根離子攻擊與木質(zhì)素苯環(huán)的苯醌結(jié)構(gòu),并與側(cè)鏈的共軛雙鍵發(fā)生了親核反應(yīng),使得木質(zhì)素最終被氧化、降解成可溶性的羧酸類(lèi)化合物和二氧化碳。

2.2 形態(tài)分析

天然的葎草莖呈綠色,經(jīng)堿處理后變成棕色,亞氯酸鈉處理后得到的純化纖維素呈白色(圖1)。掃描電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope,SEM)照片上可觀察到,未經(jīng)處理的HSS纖維表面很光滑,這是由于纖維束被果膠聚集在一起的原因。經(jīng)過(guò)堿處理和亞氯酸鈉處理后,纖維表面開(kāi)始變得粗糙,這是因?yàn)榛瘜W(xué)處理破壞了纖維素、半纖維素和木質(zhì)素之間的化學(xué)鍵連,纖維表面缺陷增加所致。同時(shí),經(jīng)化學(xué)處理后,纖維的直徑越來(lái)越小,這是由于木質(zhì)素和半纖維素被脫除后,被鑲嵌于木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合體其中的細(xì)小纖維被釋放了出來(lái)。

納米纖維素形貌受植物種類(lèi)、制備方法、工藝參數(shù)的影響。鹽酸水解法制備的H-CNC和硫酸水解法制備的S-CNC呈短棒狀(圖2),S-CNC和H-CNC的平均直徑分別為11.24和11.87nm(圖3),而平均長(zhǎng)度分別為343.42和352.65nm,兩者直徑和長(zhǎng)度都較為接近,說(shuō)明鹽酸水解法和硫酸水解法做制備的納米纖維素在形貌上比較類(lèi)似。大功率超聲法和高速攪拌法制備的U-CNF和S-CNF形貌相似,其纖絲比較長(zhǎng),呈現(xiàn)出網(wǎng)狀形態(tài)(圖2),U-CNF和S-CNF的平均直徑分別為12.54和20.31nm(圖3)。這是由于強(qiáng)酸水解過(guò)程,穿插于纖維素長(zhǎng)鏈中的無(wú)定形區(qū)被水解掉,剩余的結(jié)晶區(qū)纖維素呈現(xiàn)出長(zhǎng)度較短的棒狀結(jié)構(gòu),而大功率超聲和高速攪拌法分別依賴(lài)于超聲空化和攪拌形成的強(qiáng)烈剪切力作用,使得纖維達(dá)到開(kāi)纖目的,但對(duì)于無(wú)定形區(qū)的影響很小,因此纖維保留了較長(zhǎng)的網(wǎng)狀纖絲結(jié)構(gòu)。

表1 不同化學(xué)處理階段葎草莖的化學(xué)組分Table 1 Chemical composition of Humulus scandens stems(HSS) at each stage of treatment

注:同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。HSS,葎草莖。

Note: Different lowercase letters with the same column indicate significant difference among different stage of treatments at the 0.05 level. HSS,Humulusscandensstem.

圖1 未經(jīng)處理及不同化學(xué)處理階段HSS的照片F(xiàn)ig. 1 Images of untreated HSS and HSS at different treated stages

注:1表示宏觀照片;2表示掃描電子顯微鏡照片;a表示未經(jīng)處理的HSS;b表示堿處理后的HSS;c表示純化HSS。HSS,葎草莖。

Note:1, represent macrophotographs; 2, represent images of scanning electron microscope (SEM); a, untreated HSS; b, alkali treated HSS; c, purified HSS; HSS,Humulusscandensstem.

圖2 4種方法制備納米纖維素的透射電子顯微鏡照片F(xiàn)ig. 2 Transmission electron microscopy (TEM) images of nanocellulose prepared by four methods

注:S-CNC,硫酸水解法-纖維素納米晶須;H-CNC,鹽酸水解法-纖維素納米晶須;U-CNF,大功率超聲法-纖維素納米纖維;S-CNF,高速攪拌法-纖維素納米纖維。下同。

Note: S-CNC, sulfuric acid-cellulose nanocrystals; H-CNC, hydrochloric acid-cellulose nanocrystals; U-CNF, ultrasound-cellulose nanofibrils; S-CNF, stirring-cellulose nanofibrils; similarly for the fouowing figures.

2.3 紅外光譜表征

由圖3可以觀察到,3 402 cm-1附近有一個(gè)很強(qiáng)的吸收峰,對(duì)應(yīng)為羥基的O-H伸縮振動(dòng)吸收峰[15]。2 900 cm-1附近的吸收峰,對(duì)應(yīng)纖維素、半纖維素、木質(zhì)素中的C-H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰[16]。1 741 cm-1附近的吸收峰,對(duì)應(yīng)的半纖維素中的羰基和乙?;纳炜s振動(dòng)吸收峰。每一個(gè)圖譜中出現(xiàn)的1 641 cm-1附近的吸收峰,代表樣品中所含水分的吸收峰。1 517 cm-1代表木質(zhì)素中C=C雙鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰[17]。1 058和897 cm-1附近的吸收峰,代表纖維素C-O伸縮振動(dòng)和糖苷鍵的C-H伸縮振動(dòng)吸收峰[18]。

對(duì)比天然HSS纖維及4種方法所制備的納米纖維素的FTIR圖譜,纖維素的特征吸收峰并未發(fā)生明顯改變,說(shuō)明S-CNC,H-CNC,U-CNF,S-CNF的纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu)并未被改變或破壞,仍然保持著HSS纖維中纖維素的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)。

2.4 晶體結(jié)構(gòu)表征

4種不同方法制備的納米纖維素的X射線衍射光譜(X-ray Diffraction patterns,XRD)圖顯示,在2θ為22.5°和16°處,所有樣品都出現(xiàn)了較為明顯的特征衍射峰(圖4),這兩個(gè)峰位分別代表纖維素Ⅰ型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的(002晶面)和(101)晶面[19]。說(shuō)明,4種制備方法所制備的納米纖維均保持了Ⅰ型纖維素晶體結(jié)構(gòu)。

納米纖維素纖維的結(jié)晶度增加后,其纖維素分子間的結(jié)構(gòu)更加有序和緊實(shí),纖維的硬度和拉伸強(qiáng)度也隨之增大,因此,CI值是納米纖維素性能的重要指標(biāo)(圖4)。未經(jīng)處理的HSS纖維的CI值為31.47%,低于天然HSS中纖維素成分的含量為43.11%(表1),這是由于纖維素由兩部分組成,一部分為結(jié)晶態(tài)纖維素,另外一部分為非晶態(tài)纖維素。S-CNC和H-CNC的CI值分別為 70.05%和68.42%,表明硫酸水解法比鹽酸水解法制備的纖維素納米晶具有更高的結(jié)晶度。這是由于硫酸溶液中H+的濃度高于鹽酸中H+的濃度,相同時(shí)間內(nèi)能夠更快、更有效地溶解纖維素?zé)o定形區(qū),從而導(dǎo)致剩余結(jié)晶態(tài)纖維素含量更高,結(jié)晶度更高。大功率超聲的實(shí)質(zhì)是利用氣泡短時(shí)間內(nèi)崩潰產(chǎn)生的微射流使纖維達(dá)到開(kāi)纖的目的。高速攪拌法則是利用水流所產(chǎn)生的沖擊和剪切力使得納米纖維最終得以分離。U-CNF和S-CNF結(jié)晶度分別為59.48%和58.94%,兩者比較接近且都明顯低于酸水解法制備的納米晶的結(jié)度。該結(jié)果表明,大功率超聲法和高速攪拌法所產(chǎn)生的力均可使純化纖維素開(kāi)纖,但對(duì)纖維素?zé)o定型區(qū)的影響較小,兩種方法都無(wú)法明顯的破壞無(wú)定形區(qū)或結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu),因此兩種方法制備的U-CNF和S-CNF的結(jié)晶度較低且比較接近[20]。

圖3 4種方法制備的納米纖維素的平均尺寸和傅里葉紅外光譜圖Fig. 3 The average size and 4 transform infrared spectroscopy (FTIR) of the nanocellulose prepared using four methods

注:Untreated HSS,未經(jīng)處理的葎草莖纖維;S-CNC,硫酸水解法-纖維素納米晶須;H-CNC,鹽酸水解法-纖維素納米晶須;U-CNF,大功率超聲法-纖維素納米纖維;S-CNF,高速攪拌法-纖維素納米纖維。下同。

Note:Untreated HSS,untreated humulus scandens stems; S-CNC,sulfuric acid-cellulose nanocrystals; H-CNC,hydrochloric acid-cellulose nanocrystals; U-CNF,ultrasound-cellulose nanofibrils; S-CNF,stirring-cellulose nanofibrils; similarily for the following figures.

圖4 4種方法制備的納米纖維素的X射線衍射光譜及結(jié)晶度圖Fig. 4 X-ray diffraction patterns(XRD) and crystallinity of nanocellulose prepared by four methods

2.5 熱穩(wěn)定性表征

目前,很多熱塑性材料的加工溫度都超過(guò)了納米纖維,當(dāng)納米纖維素進(jìn)一步應(yīng)用在增強(qiáng)型高分子材料時(shí),其熱穩(wěn)定性就顯得尤為重要了。圖5為HSS原纖維、H-CNC、S-CNC、U-CNF、S-CNF的熱重曲線,當(dāng)溫度從30 ℃升高到150 ℃時(shí),所有樣品均會(huì)出現(xiàn)一個(gè)微小的失重降解峰,這是由于樣品中少量水分子的汽化造成的[5]。未處理的HSS樣品在203.7 ℃開(kāi)始發(fā)生熱分解,而4種方法所制備的納米纖維素的熱分解溫度均高于未經(jīng)處理的HSS樣品,這是由于化學(xué)處理過(guò)程中,熱穩(wěn)定性較差的果膠、木質(zhì)素、半纖維素被脫出所致。S-CNC,H-CNC,樣品的開(kāi)始分解溫度分別為217.8和245.3 ℃。S-CNC的開(kāi)始分解溫度遠(yuǎn)低于H-CNC,這可能是由于硫酸水解法制備的納米纖維素晶須表面有殘留的磺酸基,因此大幅降低了其熱分解溫度。U-CNF和S-CNF的初始解溫度分別為262.7和261.9 ℃,兩者比較接近,這是由于二者自身形貌、結(jié)晶度均比較接近所致。但相比之下,酸水解法制備的H-CNC及S-CNC的初始熱分解溫度則遠(yuǎn)低于大功率超聲法和高速攪拌法所制備的U-CNF和S-CNF,這可能是由U-CNF和S-CNF的直徑、長(zhǎng)度和體積較大,反之相對(duì)比表面積則更小,因此熱傳遞速率較慢所致。

圖5 四種方法制備的納米纖維素的熱重曲線Fig. 5 The thermal gravimetric analysis curves (TGA) and initial temperature of nanocellulose prepared by four methods

3 結(jié)論

以葎草莖為原料,對(duì)葎草成分進(jìn)行了分析,并通過(guò)4種不同的方法制備了纖維素納米晶和纖維素納米纖維。結(jié)果表明,未經(jīng)處理的葎草纖維中α-纖維素含量43.11%,化學(xué)處理可有效脫除半纖維素和木質(zhì)素,使得纖維素含量提高到84.91%。通過(guò)4種方法制備的納米纖維素S-CNC、H-CNC、U-CNF和S-CNF仍保持著與未經(jīng)處理的纖維素一致的Ⅰ型纖維結(jié)構(gòu)。硫酸水解法和鹽酸水解法制備的S-CNC和H-CNC呈棒狀,而大功率超聲和高速攪拌法制備的U-CNF和S-CNF呈網(wǎng)狀。硫酸水解法制備的S-CNC具有最高的CI值70.05%,但熱穩(wěn)定性最差,初始熱分解溫度最低,僅為217.8 ℃。大功率超聲和高速攪拌法制備的U-CNF和S-CNF結(jié)晶度相對(duì)較低,分別為59.48%和58.94%,但熱穩(wěn)定性較比酸水解法制備的S-CNC和H-CNC更佳,其熱分解溫度可分別達(dá)到262.7和261.9 ℃。

References:

[1] 李偉,王銳,劉守新.納米纖維素的制備.化學(xué)進(jìn)展,2010,22(10):2060-2070. Li W,Wang R,Liu S X.Preparation of nanocrystalline cellulose.Progress in Chemistry,2010,22(10):2060-2070.(in Chinese)

[2] Klemm D,Heublein B,Fink H P,Bohn A.Cellulose:Fascinating biopolymer and sustainable raw material.Angewandte Chemie International Edition,2005,44:3358-3393.

[3] 盧麒麟,唐麗榮,林雯怡,黃彪,陳學(xué)榕,歐文,林占熺,林冬梅.巨菌草制備納米纖維素及其表征.草業(yè)科學(xué),2013,30(2):301-305. Lu Q L,Tang L R,Lin W Y,Huang B,Chen X R,Ou W,Lin Z X,Lin D M.Preparation and characterization of nano-crystalline cellulose fromPennisetumsinese.Pratacultural Science,2013,30(2):301-305.(in Chinese)

[4] 王飛.熱帶農(nóng)作物廢棄物制備天然納米纖維素的研究進(jìn)展.纖維素科學(xué)與技術(shù),2013,21(1):78-85.

[5] Moran J I,Alvarez V A,Cyras V P.Extraction of cellulose and preparation of nanocellulose from sisal fibers.Cellulose,2008,15(1):149-159.

[6] 付廣芝,高曉萍.外來(lái)園林危險(xiǎn)性雜草——葎草.內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì),2012,35(1):120,123.

[7] 李孫榮,曹義山.葎草(Humulusscandens)的生物學(xué)特性及其防除研究初報(bào).中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1981,14(3):45.

[8] 段婧,劉金平.不同溫度下雌雄葎草營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的生長(zhǎng)特性.草業(yè)科學(xué),2013,30(3):418-422. Duan J,Liu J P.Gender differences of apparent traits ofHumulusscandensin response to temperature in the vegetative growth stage.Pratacultural Science,2013,30(3):418-422.(in Chinese)

[9] 樊星,王大偉,范宣,王思思,劉金平.支持物改變?nèi)劜菪螒B(tài)可塑性和繁殖特性.草業(yè)科學(xué),2015,32(9):1457-1462. Fan X,Wang D W,Fan X,Wang S S,Liu J P.Effects of external support on the morphological plasticity and reproductive strategies of climbingHumulusscandens.Pratacultural Science,2015,32(9):1457-1462.(in Chinese)

[10] Sluiter A,Ruiz R,Scarlata C.Determination of Extractives in Biomass (NREL/TP-510-42619).Golden:National Renewable Energy Laboratory,2008.

[11] Sluiter A,Hames B,Ruiz R.Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass.Golden:National Renewable Energy Laboratory,2012.

[12] TAPPI Standard.T 203 om-93.Alpha-,beta- and gamma-cellulose in pulp.Atlanta, GA、TAPPI,1993.

[13] Wise L E,Murphy M,D’Addieco A A.Chlorite holocellulose,its fractionation and bearing on summative wood analysis and on studies on the hemicelluloses.Paper,1946,122(6):35.

[14] Segal L C,Creely J,Martin A E J,Conrad C M.An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using the X-ray diffractometer.Textile Research Journal,1959,29:786-794.

[15] Sain M,Panthapulakkal S.Bioprocess preparation of wheat straw fibers and their characterization.Industrial Crops & Products,2006,23:1-8.

[16] Alemdar A,Sain M.Isolation and characterization of nanofibers from agricultural residues——Wheat straw and soy hulls.Bioresource Technology,2008,99:1664-1671.

[17] Xiao B,Sun X F,Sun R C.Chemical,structural,and thermal characterizations of alkali-soluble lignins and hemicelluloses,and cellulose from maize stems,rye straw,and rice straw.Polymer,Degradation & Stability,2001,74:307-319.

[18] Sun R C,Tomkinson J,Wang Y X,Xiao B.Physico-chemical and structural characterization of hemicelluloses from wheat straw by alkaline peroxide extraction.Polymer,2000,41:2647-2656.

[19] Nishiyama Y,Sugiyama J,Chanzy H,Langan P.Crystal structure and hydrogen bonding system in cellulose Ⅰ(alpha) from synchrotron X-ray and neutron fiber diffraction.Journal of the American Chemical Society,2003,125:14300-14306.

[20] 諶恩華,吳華偉,李相前.結(jié)晶纖維素的降解.草業(yè)科學(xué),2016,33(11):2367-2374. Shen E H,Wu H W,Li X Q.Advance in research on degradation of crystalline cellulose.Pratacultural Science,2016,33(11):2367-2374.(in Chinese)

(責(zé)任編輯 茍燕妮)

Comparative analysis of nanocellulose fromHumulusscandensstems using four isolation methods

Jiang Ya-ni1, Zhou Ji-ping2, Zhang Qi2, Zhao Guo-qi1, Xu Xiao-dong1

(1.College of Animal Science and Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225000, China;2.College of Mechanical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225000, China)

Sulfuric acid-cellulose nanocrystals (S-CNC), hydrochloric acid-cellulose nanocrystals (H-CNC), ultrasound-cellulose nanofibrils (U-CNF) and stirring-cellulose nanofibrils (S-CNF) were successfully isolated fromHumulusscandensstems (HSS) using sulfuric acid hydrolysis, hydrochloric acid hydrolysis, high power ultrasonic and high stirring, respectively. The morphology, chemical structure, crystal structure and thermal stability were characterized using scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction patterns and thermal gravimetric analysis. The results suggested that the S-CNC and H-CNC prepared by acid hydrolysis had short rod-like shapes, while the U-CNFs and S-CNFs had reticular shapes. The S-CNC has the highest crystallinity (70.05%) while the S-CNF had the lowest crystallinity of the four kinds of nanocellulose; all maintained cellulose Ⅰ structure. The U-CNF had the best thermal stability with initial decomposition temperature of 261.9 ℃, but the S-CNC was the worst with the initial decomposition temperature of 217.8 ℃.

wild herb;Humulusscandensstems; nanocellulose; sulfuric acid hydrolysis; hydrochloric acid hydrolysis; high speed stirring; high power ultrasound

Zhou Ji-ping Email: jpzhou@yzu.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0524

2016-10-17 接受日期:2017-02-24

揚(yáng)州大學(xué)高端人才基金;江蘇省青年基金(BK20140486);江蘇省高校自然科學(xué)研究基金資助項(xiàng)目(14KJB480007);中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2014560448)

姜亞妮(1984-),女,陜西西安人,在讀博士生,主要從事納米纖維素研究。E-mail:jiangyani0507@126.com

周驥平(1960-),男,江蘇揚(yáng)州人,教授,博士,主要從事草業(yè)機(jī)械方面的研究。E-mail:jpzhou@yzu.edu.cn

S564+.4;Q539+.3

A

1001-0629(2017)08-1748-07

姜亞妮,周驥平,張琦,趙國(guó)琦,許曉東.4種方法從葎草中制備的納米纖維素性能.草業(yè)科學(xué),2017,34(8):1748-1754.

Jiang Y N,Zhou J P,Zhang Q,Zhao G Q,Xu X D.Comparative analysis of nanocellulose fromHumulusscandensstems using four isolation methods.Pratacultural Science,2017,34(8):1748-1754.

猜你喜歡
大功率結(jié)晶度木質(zhì)素
木質(zhì)素增強(qiáng)生物塑料的研究進(jìn)展
上海包裝(2019年8期)2019-11-11 12:16:14
采用驅(qū)動(dòng)IC PT4115的大功率LED電路應(yīng)用
電子制作(2019年16期)2019-09-27 09:34:46
一種新型大功率升降壓變換器及控制方法
結(jié)晶度對(duì)高密度聚乙烯光氧老化的影響
一種改性木質(zhì)素基分散劑及其制備工藝
天津造紙(2016年1期)2017-01-15 14:03:29
γ射線輻照對(duì)超高分子量聚乙烯片材機(jī)械性能和結(jié)晶度的影響
核技術(shù)(2016年4期)2016-08-22 09:05:24
熱處理對(duì)高密度聚乙烯結(jié)晶度及力學(xué)性能的影響
塑料制造(2016年5期)2016-06-15 20:27:39
一種新穎的寬帶大功率分配器
大功率發(fā)射機(jī)房冷卻送風(fēng)改造
一種新型酚化木質(zhì)素胺乳化劑的合成及其性能
凌云县| 万年县| 高雄县| 苗栗县| 理塘县| 钟山县| 宿州市| 石家庄市| 木里| 广宁县| 托里县| 磐安县| 清远市| 岚皋县| 河间市| 科技| 绍兴县| 韶关市| 象州县| 通城县| 广昌县| 阜新市| 普陀区| 辽源市| 南开区| 江门市| 五大连池市| 石渠县| 宜昌市| 阿拉善左旗| 双鸭山市| 河东区| 确山县| 丹巴县| 城市| 佳木斯市| 福贡县| 敦煌市| 昌都县| 富平县| 布拖县|