AdSu:一石二鸟,直接从天然木头中提取纤维素纳米晶和纤维素纳米纤维

近年来,天然生物基纳米材料的高效制备和应用引起了人们的广泛关注与兴趣。其中,纤维素纳米晶体(CNCs)和纤维素纳米纤维(CNFs)因其良好的生物相容性、可再生、优异的机械性能和高弹性模量,在纳米复合材料、薄膜、凝胶、流变改性剂和乳液等众多领域表现出了良好的应用前景。目前,常用的纳米纤维素主要通过机械处理法、酸化法和TEMPO氧化法制备。然而这些方法步骤繁琐,这不仅阻碍了它们的高效生产,也在一定程度上阻碍了它们的广泛应用。因此,为了进一步满足商业化需求,亟需开发一种简单高效和经济环保的纳米纤维素制备方法,以推动其工业化生产、应用进展。

针对上述问题,德国哥廷根大学张凯教授团队报道了一种经济高效的碱性高碘酸氧化法,不仅简化了反应步骤,而且只需要简单的反应时间调控,便可以直接从天然木头中获得尺寸可调的纳米纤维素(PO-CNCs和PO-CNFs),一石二“鸟”,有望实现纳米纤维素的大规模化生产。

在该项研究中,张凯教授团队通过采用碱性高碘酸系统直接氧化天然软木云杉和硬木山毛榉、控制反应时间,成功获得了不同尺寸的纳米纤维素。其中,从云杉和山毛榉中获得的PO-CNF的平均直径分别为7.2 ± 3.1和6.8 ± 3.0 nm,平均长度分别为487.1 ± 69.0和 452.1 ± 80.0 nm;所获得的PO-CNC的直径分别为4.6 ± 2.0 和4.8 ± 2.5 nm,长度分别为 181.6 ± 49.4 和168.4 ± 59.0 nm。这些纳米纤维素表面存在羧基官能团,并在水中具有良好的胶体稳定性。此外,由此PO-CNCs和PO-CNFs制备而成的纳米纤维素膜表现出良好的机械性能和高透明度。值得注意的是:这种低成本、高效、操作简单的策略,使得高效获取尺寸均匀的纳米纤维素材料成为可能,有望实现大规模生产,推动纳米纤维素及其相关领域的工业进程。

论文信息:

Direct Preparation of Nanocelluloses of Tunable Lengths from Native Wood Via Alkaline Periodate Oxidation

Ting Yang, Peiwen Liu, Dan Xu, Jiaxiu Wang, Kai Zhang*

Advanced Sustainable System

DOI: 10.1002/adsu.202100058

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adsu.202100058