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2.1.3 蒸汽爆破技术 蒸汽爆破技术是近年来发展较快、比较有效、 低成本、无污染的新技术，应用于木质纤维素的 预处理可提高化学和酶试剂的可及度。 其原理是：纤维素先受到水的膨润并被水浸入 到深处，再在密闭的容器里受到高温加热，这时 形成的水蒸气已产生压力，再让这个压力在规定 的时间里急剧降低到大气压，从而导致纤维素超 分子结构的破坏，是分子内氢键断裂程度增加。
昂贵，酶的费用约占整个过程费用的60%-80%左右。
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2.2 物理改性
天然纤维素的物理改性最早始于将其微粉化和 薄膜化，后来有研究者陆续研究球化改性的特点 以及各种球化改性方法，应用于吸附材料。 纤维素物理改性，主要是通过机械粉碎、润 胀、复合化、表面吸附等处理使其物理形态发生 变化，如薄膜化、微粉化、球状化、纳米化等， 赋予其新的性质和功能。该方法不改变纤维的化 学组成，只是改变了纤维的结构和表面性能，使 纤维素性质发生很大变化，产生新的功能。
聚乙二醇改性的纤维素与聚左旋乳酸 复合材料
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目前开发的部分纤维素醚的改性原理及其应用
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纤维素改性技术展望
由于纤维素原料丰富。耐酸碱腐蚀、成本较低 等优势，改性纤维素技术及其应用越来越受到重 视。随着一次能源的消耗，化纤制品也离绿色化 学的概念日行渐远，因此，以可再生天然纤维素 为主体的改性纤维素的开发利用也符合可持续发 展与环境友好的目标。改性纤维素目前较多用于 传统环保领域，但是投入实际工程应用的并不多， 国外已经延伸还高附加值的药物缓释领域。因此， 纤维素改性技术的应用前景广阔。具体领域应用 好需进一步深入。
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2.3 化学改性
纤维素化学改性主要依靠与纤维素羟基有关的反应来完 成的，包括氧化、酯化、醚化、接枝共聚反应等，反应过 程也称为纤维素衍生化。 2.3.1 氧化改性 纤维素的氧化改性是指对纤维素进行部分氧化作用， 引入醛基、酮基、羧基或烯醇基等新的官能团，生成不同 性质的氧化物材料。分为选择性氧化和非选择性氧化。非 选择性氧化的位置和生成的官能团不能确定，比选择性氧 化复杂得多，因此，研究者多采用选择性氧化方法。选择 性氧化体系在氧化某个特定位置羟基的同时抑制其它位置 羟基的氧化，而产生选择性氧化效果。
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2.4 生物改性
纤维素的生物改性是指:利用酶的作用处理纤 维素，包括利用酶对纤维素进行局部水解、氧化、 表面吸附等，主要应用于造纸行业。利用的酶主 要是纤维素酶和半纤维素酶，此外还有利用漆酶 或者用几种酶联合作用来处理的报导酶改性可以 在不损害纤维强度的前提下改善纸浆的滤水性能， 降低打浆能耗；还可以改善成纸的某些强度性质， 改善浆料的碱溶解度、脱墨、预漂、助漂等.
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纤维素结构
纤维素是 D-葡萄糖以 β-1,4-糖苷键组成的大分子 多糖，在结晶区内相邻的葡萄糖环相互倒置，糖环中的氢 原子和羟基分布在糖环平面的两侧。由于天然纤维素的聚 集态结构特点及其分子间和分子内存在着很多氢键和较高 的结晶度，因此不能在水和一般有机、无机溶剂中溶解， 也缺乏热可塑性，并且耐化学腐蚀性、强度都比较差，这 对其成型、加工和应用都极为不利，致使其应用受到许多 限制。
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2.纤维素改性方法
2.1 预处理 2.2 物理改性 2.3 化学改性 2.4 生物改性
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2.1 预处理
对其进行预处理，目的就是降低纤维素的聚合 度、结晶度，破坏木质素、半纤维素的结合层， 并脱去木质素，增加纤维素的可及度，提高其反 应活性。 天然植物纤维的预处理方法有很多，如机械粉 碎、蒸汽爆破、超声波处理、碱处理、无机酸处 理、有机溶剂处理、微生物处理等。目前较新及 用得较多的预处理方法主要有闪爆处理、超声波 处理、有机溶剂预处理及微生物预处理。
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2.1.1 化学预处理方法 至今，氢氧化钠溶液的润胀处理是发现最早、 应用最广、最有效的对纤维素进行预处理的手段 之一。研究发现，碱润胀后纤维素可及度提高。 纤维素在碱溶液中的润胀有一最优的浓度，例如 棉纤维素在氢氧化钠中的润胀以18%最佳。 也可用其它化学试剂对其进行适当的预处理。 例如：用氯化锌处理纤维素，可提高纤维素酶水 解的速率和产率及纤维素的接枝率。甲胺、乙胺 等胺类试剂对棉纤维素有消晶作用，也可提高纤 维素酯化反应的反应活性等。
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2.1.2 物理预处理方法 各种机械加工处理由于机械应力的作用，可大 大改变纤维素纤维的物理和化学性质，提高纤维素 对各种化学反应和酶水解的可及度和反应性，其作 用的大小与采用的机械处理的方式即机械力大小和 能量大小有关。 常规的物理活化方法包括干法或湿法磨、蒸汽 爆炸、氨爆炸、溶剂交换或者浸润等。在物理预处 理过程中，纤维素的形态结构会发生变化，使可及 的表面和小孔增加。
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利用甲基丙烯酸甲脂与交联玉米淀粉的接枝或 接枝共聚物研究其对 Cu2+、Fe2+、Zn2+等金属离子 的吸附效果，结果良好。 利用预处理后的棉纤维接枝环氧氯丙烷合成纤 维素醚，最后用纤维素醚接枝乙二胺合成乙二胺 螯合棉纤维用于对 Cu( II) 及 Cd( II) 的静态 吸附，结果表明乙二胺螯合棉纤维对金属离子有 较好的吸附效果。
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3.纤维素改性技术的应用
3.1 纤维素改性技术在水处理领域的应用
天然的植物纤维素或改性后的纤维其表面主要 官能团有羧基、磷酰基、羟基、硫酸酯基、氨基和 酰胺基等，其中氮、氧、磷、硫可作为配位原子与 金属离子配位络合。 改性纤维素多用于吸附废水中的重金属离子， 达到去除、富集、回收的目的。改性纤维素吸附剂 吸附、分离和提取废水中的重金属离子与一般的重 金属处理方法相比，具有吸附量大、吸附速度快、 成本低、操作简单、不产生二次污染等优点。
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2.1.4 生物技术
生物技术作为预处理手段，开始是将酶应用于制浆工
艺的打浆过程。纤维素酶处理虽然使纤维间的结合力增强，
但由于纤维素酶对纤维素链的部分降解，导致纸浆黏度降
低。用无纤维素酶活性的木聚糖处理后，纸浆的减少量低 于总纤维质量的2%，而原纤化程度得到提高，纤维间结合 力增强，打浆时间也大为缩短。 目前，酶法预处理工业化的难题之一是纤维素酶价格
纤维素的改性技术
课程：天然高分子化学 姓名：许文慧 学号：2012010686 时间：2013-05-21
目
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录
纤维素简介
2
纤维素改性方法
3
纤维素改性技术的应用
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1.纤维素简介
天然植物纤维素是地球上最丰富的天然有机物之一， 它占植物界碳含量的50%以上，每年通过光合作用可合成 约1.5×1012t。 常用来研究的天然植物纤维素主要包括各种农作物秸 秆及一些农产品废弃物如甘蔗渣、棉秆、剑麻、稻草、亚 麻等。 纤维素及其衍生物在纺织、轻工、化工、国防、石油、 医药、能源、生物技术和环境保护等部门应用十分广泛。
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2.3.2 酯化、醚化改性 酯化、醚化反应是最为重要的纤维素衍生化反 应。纤维素链上的羟基可与酸、酸酐、酰卤等发生 反应生成酯，与烷基化反应生成纤维素醚。于本世 纪五、六十年代相继实现工业化。纤维素酯中，以 纤维素硝酸酯、纤维素醋酸酯和纤维素黄原酸酯最 为普遍和重要，目前已广泛用于涂料、日用化工、 制药、纺织、塑料、烟草、粘合剂、膜科学等工业 部门和研究领域中。
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利用强碱性离子交换纤维来净化 H2S-CO2混 合气体取得了较好效果。
利用弱酸性阳离子交换纤维来净化 HCl 和 NH3等酸碱气体，吸附效率达到 121%，完全穿透 时纤维的平均交换容量为 9.11mmol/g.
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3.3 改性纤维素技术在复合材料中的应用

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3.2 改性纤维素在空气净化领域的应用
天然纤维改性离子交换剂是以可逆化学反应方 式完成对各种极性分子的分离富集过程。而且， 它可以制备成适当的织物形状，使其可以在一个 体积很小的操作单元中提供相当大的过滤面积， 使其具有极好的渗透稳定性，对空气流动阻力低 的特点。因此，可将其以填充交换柱或 ( 非) 织 造布的形式应用于空气净化装置或防毒面具和口 罩中。
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2.3.3 纤维素的接枝共聚 利用纤维素的羟基作为接枝点，将聚合物连接 到纤维素骨架上，依据接枝聚合物的结构、性质、 相对分子质量的不同，可赋予纤维素多种性能和 用途，同时又不会完全破坏纤维素材料所固有的 优点，成为纤维素化学改性的研究热点. 传统的接枝方法是:通过纤维素与丙烯酸、丙 烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、苯乙烯等高 分子单体之间进行多相接枝共聚反应，实现纤维 素的多功能化.