小分子有机酸和温度对木质素自组装制备纳米颗粒的影响

摘要

木质素纳米颗粒(LNP)被广泛应用于生物医药、农业等领域，其结构和性质会直接影响其应用效果。在木质素提取过程中，反应液中通常含有半纤维素和纤维素转化而来的多种小分子有机酸，影响了木质素低聚物的自组装行为和所得木质素纳米颗粒的性质。将由红柏木粉经有机溶剂提取和纯化后制得的木质素溶解于水-γ-戊内酯溶剂中，并分别加入来源于多糖转化的3种典型小分子有机酸(甲酸、乙酸、乙酰丙酸),在30℃下，以水作为反溶剂，通过溶剂交换法制得LNP。结果表明，3种小分子有机酸均易与木质素形成氢键，这阻碍了木质素分子间通过氢键作用自组装。其中，当甲酸存在时，木质素分子间π-π相互作用最强，且甲酸自身较强的酸性能够抑制木质素酚羟基的电离，减弱木质素分子间静电斥力，增强木质素自组装作用，由此生成平均粒径较大的LNP。此外，在LNP制备过程中，超声分散会升高自组装原液的温度，在木质素-甲酸体系中，当温度从5℃升高至55℃时，体系的吉布斯自由能从10.16 kJ/mol增大至10.85 kJ/mol,这归因于更高的温度导致木质素与甲酸间的氢键数量减少，且木质素分子间的非键相互作用增强，木质素团簇变得不稳定，进而聚集生成了平均粒径更大、表面光滑的LNP。

关键词

木质素 / 有机酸 / 温度 / 自组装 / 分子模拟