基于NaClO剂量-时间协同效应的TEMPO氧化纳米纤维素绿色制备

摘要

纤维素是地球上最丰富的可再生聚合物来源，由其制备的纤维素纳米纤维是一种具有生物相容性等优势的纳米材料。2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)介导的氧化体系(TEMPO/NaBr/NaClO)结合机械处理，可实现富羧纳米纤维(TOCNFs)的高效制备。然而，主氧化剂NaClO的质量摩尔浓度在传统试验中往往难以确定，并且以pH值达稳定状态作为终止添加的依据，会导致反应时间过长。以大麻纤维为试验对象，添加不同质量摩尔浓度的NaClO,分时间段提取样品，探究NaClO质量摩尔浓度和羧基的生成量随时间的变化情况。结果表明，在TEMPO氧化体系中，在10 mmol/g NaClO和120 min反应时间条件下，纤维素分子链上C6位羟基可有效转化为羧基(1.2 mmol/g),同时维持晶体区结构完整并形成适度表面电荷密度，实现纳米纤维稳定分散。该优化方法减少了单位产量化学品消耗量，缩短了反应时间，在保持纳米纤维素悬浮液相对较稳定的分散情况下，提高了制备富羧纳米纤维素生产的可持续性，符合绿色化学原则。

关键词

纳米纤维素 / TEMPO氧化 / 大麻纤维 / 次氯酸钠

基金资助

中央高校基本科研业务费专项资金(2232024G-01); 纺织之光应用基础研究计划(J202305); 魏桥教研创新项目