茶源性纤维素的绿色制备及其可纺性研究

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我国农林业生产活动每年产生大量生物质固体废弃物,不仅影响周围环境,而且造成大量资源浪费。我国茶产量及茶园面积均位列世界第一,但大部分产茶区弃采的夏秋茶蕴含大量的纤维素资源未能充分利用,高值化开发利用这部分纤维素资源,不仅能够在一定程度上降低其对环境的影响,而且也可为自然界本身及人类活动产生的废弃纤维资源的有效利用提供借鉴。茶产品加工过程形成的废弃物、茶渣和低档茶中均含大量的纤维素资源,这些纤维资源不仅具有普通纤维的特点,更重要的是还含有较为丰富的茶活性成分。课题以茶树日常修剪及加工过程中的废弃物为原料,通过二次化学蒸煮提取茶源性纤维素,通过单因素实验探讨第一次蒸煮各因素的最优参数以及第二次蒸煮正交实验水平范围,采用硝酸乙醇法纯化所抽提的纤维素并确定其提取率。实验结果表明:碱法提取纤维素的最优工艺参数为第一次蒸煮4%氢氧化钠,55℃反应2h。第二次蒸煮中,烧碱法的最优工艺参数为Na OH质量分数10%,抽提温度85℃,抽提时间4h,助剂质量分数2%;酸性亚氯酸钠法的最优工艺参数为:Na Cl O2质量分数9%,抽提温度95℃,抽提时间3h,冰醋酸浓度30m L/L;甲酸法的最优工艺参数为:质量分数88%的甲酸,抽提温度110℃,抽提时间5h。利用上述最优工艺参数抽提获得了茶源性纤维素,使用扫描电镜、红外光谱分析、热重分析等对其进行表征。烧碱法抽提的纤维素纯度和产量相对较高,但纤维素发生部分“剥皮反应”,灰分高于原样;酸性亚氯酸钠法抽提的茶源性纤维素产量低,木质素去除较为有效,但所含半纤维素杂质较高;甲酸法抽提的茶源性纤维素所含杂质较高,得率和烧碱法抽提的纤维素接近,且其灰分含量相较于烧碱法和原样小。使用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶剂制备纤维素溶液,静电纺丝工艺制备纳米纤维膜。通过扫描电镜、红外光谱分析和接触角测试发现,纤维素-NMMO溶液制备的纳米纤维膜无纤维取向,成膜性良好;在纤维素-NMMO溶液中添加羧甲基壳聚糖/海藻酸钠制备的膜,纤维素氢键被完全打开,亲水性提高,其中纤维素/羧甲基壳聚糖/海藻酸钠制备的膜亲水能力最强。
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