近日，我校材料科学与工程学院、生物质材料科学与技术教育部重点实验室在生物质纳米纤维素的绿色制备、纳米结构表征与功能性开发等研究方面取得重要进展。研究成果以“Facile Extraction of Cellulose Nanocrystals from Wood Using Ethanol and Peroxide Solvothermal Pretreatment Followed by Ultrasonic Nanofibrillation”为题在线发表在《Green Chemistry》杂志上（Green Chem. 2015, DOI：10.1039/C5GC02576A）。我校为该文章的独立署名单位，论文的第一作者是材料学院木材科学与技术学科2013级硕士研究生李艳娜，共同作者包括2015级博士研究生刘永壮、陈文帅讲师、王清文教授、刘一星教授和李坚院士，通讯作者为于海鹏教授。《Green Chemistry》是英国皇家化学学会（Royal Society of Chemistry）出版的绿色化学和可持续发展研究领域的著名期刊，最新的影响因子已达到8.020，近5年平均影响因子为8.294。文章的发表标志着我校林木资源高效利用高水平科研成果的接续突破，也是我校研究生培养的又一成果。
文章的课题背景是从废弃的木粉资源中高效制备出纳米纤维素这种生物基纳米材料，并发展其在功能性、高附加值产品中的应用。这一研究方向在李坚院士的指导下，得到材料学院和生物质材料科学与技术教育部重点实验室的高度重视和支持，经过6年多的研究工作开展，已取得一系列的研究成果。在科学出版社出版了国内此领域的首部专著，并发表SCI论文近20篇，一些论文发表在《ChemSusChem》、《Soft Matter》、《ChemPlusChem》、《Carbohydrate Polymers》、《Cellulose》、《Composites Science and Technology》等期刊上，相关研究成果还获得了国家授权发明专利4项。
论文概要：
在全球关注可持续资源和能源发展的背景下，对林木资源的高效利用也被日益重视。当前林木资源的生物精炼技术发展不仅瞄向液体燃料和化学品，也包括制备新型的生物基中间产品，其中以纳米纤维素为主要代表。在纳米纤维素的制备过程中，植物细胞壁复杂的结构和组分构效会带来“生物解聚屏障”效应，导致纳米纤维素的分离困难。传统上多采用强酸水解法、机械分离法或它们联合的方法加以解决，但也存在废液污染环境问题和处理能耗高的问题。针对传统方法存在的问题，课题组前期提出了化学预处理结合机械法纳米纤丝化的技术思想和实现方法，取得了积极的效果和良好的学术影响。本研究进一步报道了以65%乙醇溶剂和碱性过氧化氢联合处理木质原料，进而再通过高强度超声波分离出纳米纤维素的技术方法。研究工作通过组分含量变化、傅里叶红外光谱、13C核磁共振谱、1H–13C二维核磁共振谱、凝胶渗透色谱、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、热重分析、紫外-可见光吸收光谱、万能力学测试等手段，系统分析了溶剂和反应条件对木质原料预处理效果以及纳米晶纤维素产物性能的影响，解析了相关影响机制。研究结果揭示，通过单独的乙醇溶剂热处理可溶解分离出97%的木质素和近70%的半纤维素，接下来的过氧化氢处理又可去除剩余的木质素和1/3的半纤维素，获得组分含量达95%的高纯度纤维素；进一步结合超声空化效应的机械处理方法，可成功制备出纳米晶纤维素。制备出的纳米晶纤维素，表现出与传统方法相近的产率、尺寸、形态以及结晶度，但具有更优的热稳定性能。这些结果证实这是一种较为理想的木质纤维预处理替代方法，展现了传统方法所不具备的高效率和环境友好性，有望发展成为一种具有应用前景的生物质纳米纤维素制备技术。（王奉强）
论文链接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/gc/c5gc02576a
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