[00991167]纤维素功能化和生物质炼制的研究

该项目属于造纸及生物质加工学科。成果将自然界可再生的生物质资源利用，包括纤维素功能化和生物质转化。1)纤维素在绿色溶剂中的反应，及纤维素基水凝胶材料。1.1)以离子液体为反应介质溶解纤维素，在纤维素骨架上接枝共聚，通过反相悬浮技术制备出均匀的球形纤维素微球，粒径范围大约为70-90μm。对于Cu²⁺，Ni²⁺，Fe²⁺等金属离子静态吸附量分别达到174、61和63mg/g，对于染料亚甲基蓝静态吸附量达到307mg/g。吸附剂并具有良好的再生循环使用能力。1.2)同时建立了NMMO，纯NaOH溶液以及磷酸系列介质的反应体系，通过交联法、聚合法制备具有高吸附能力的水凝胶，包括温敏水凝胶、pH敏感水凝胶、盐浓度敏感水凝胶、抗菌性水凝胶。高吸附性水凝胶对亚甲基蓝的吸附量超过1250mg/g。1.3)天然纳米纤维素(CCNFs)，胺基配位的铁纳米粒子和壳聚糖通过网络互穿方式制备具有磁响应水凝胶微球，其中磁性铁纳米粒子很好地分散在整个三维空间结构，CCNFs互相交织的特性使得水凝胶网络结构更加密集，凝胶的溶胀量达到458g/g。水凝胶吸附目标物后，在外部磁力的帮助下很容易与目标物的溶液分离，凝胶对Pb²⁺离子吸附容量达到171.0mg/g。2)在制浆或者生物质炼制中，植物纤维细胞壁中木素或多或少需要降解和溶出，氧气用于降解木素无疑具有绿色环保优势，因此提出超氧自由基脱木素的概念，即气态的氧气转化为超氧自由基阴离子(O₂·-)。解决了氧气为氧化剂的反应体系(气-液-固的多相体系)，反应效率低的问题；氧气变成O₂·-后具有溶于水溶液的性能，使反应体系转化为液-固反应体系，增加其对纸浆纤维的可及性，反应效率得到提高。结果显示超氧阴离子的活性氧群选择性地与纸浆上的残余木素反应，对于碳水化合物(纤维素)无降解作用，为新型高得率制浆-氧脱木素提供了理论的依据。3)提出木素对生物酶的吸附抑制和反抑制策略：木素的溶出可提高纤维素酶的可及性，木素在纤维素表面会与纤维素发生吸附，且与生物酶非生产性吸附。纤维素酶水解纤维素时需要接触-吸附-降解糖苷键-解吸，当吸附的附着力太强，木素与酶直接吸附，那么纤维素酶不可以解吸，成为非生产性吸附。基于亚硫酸盐发制浆的木素性质的理解，提出碱土金属离子与木素的配合减除非生产性吸附。 该项目已发表SCI收录论文100篇，论文被他人引用885次。从2009年发表可视的纤维素酶吸附与降解过程以来，以及后续关于用金属离子-木素配合物形成减少酶与木素的非生产性吸附的假设，获得国际上生物质酶水解研究的好评；生物质中木素降解的超氧自由基选择性降解机理的提出为制浆造纸中提高氧脱木素提供理论基础，有利于制浆技术向绿色环保发展。