烟草秸秆纤维素纳米晶的制备及表征分析（二）

发布时间：2021-06-13 17:57 编辑者：特邀作者周世红

2结果与讨论

超声波法辅助过硫酸铵氧化法得到的烟草秸秆CNC悬浮液为均一的淡蓝色溶液，当CNC固含量较高时呈凝胶状，冷冻干燥后得到的气凝胶为白色的絮状物，得到烟草秸秆CNC悬浮液的初始固体质量分数为0.62％，产率为25.2％。

2.1微观结构观察

通过场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察TS-CNC的形貌，得到图1。图1(a)、图1(b)是将冷冻干燥得到的CNC气凝胶粉碎制样后，不同放大倍数下的固态样品微观结构，从图1中可以看出CNC直径达到纳米级别，但纤维之间粘连严重，可能是南于冷冻干燥前CNC悬浮液浓度较大，使CNC发生团聚现象。透射电子显微镜可以观察到液体状态下的CNC形貌，由于在低浓度悬浮液中CNC更加分散，对纤维形貌观察更为准确，可看出CNC为短棒状结构，直径为10nm左右，长度为50～60nm。

2.2傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)

将干燥后的KBr与实验制备的原料TS、TS-b、TS-CNC干燥粉末混合均匀，研磨成粉后进行压片处理，用傅里叶变换红外光谱仪进行官能团结构表征，得到图2。比较3条曲线可发现，在原料TS曲线中，1733，1512cm^-1和1256cm^-1处有吸收峰，l733cm^-1处的吸收峰是乙酰基团中C=O的伸缩吸收振动峰，1512cm。1处的吸收峰归属于木质素中苯环碳骨架伸缩振动吸收峰，l256cm^-1处归属于半纤维素或木质素中芳基芳醚类化合物中的C=0伸缩振动，在TS-b和TS-CNC的曲线中3个峰均未出现，说明木质素和半纤维素被除去。

在TS-b和TS-CNC曲线中3410、2902、1630、l430、l163、1110、l060、898cm^-1处的共有吸收峰说明纳米纤维素保留了纤维素的基本结构，分别归属于纤维素分子和分子内、分子中羟基O-H的伸缩振动吸收峰，-CH₂的C-H伸缩振动峰，纤维素中羟基吸附环境中水分产生的吸收峰，-CH₂的弯曲振动峰，C-C骨架伸缩振动，纤维素分子环内C-O伸缩振动，C-0伸缩振动和β-1，4糖苷键摇摆振动吸收峰。其中在1430、1163、1110、898cm^-1处出现的吸收峰是纤维素I_β的特征吸收峰，说明过硫酸铵氧化并没有改变纤维素的晶型，且制备得到的CNC为纤维素I型结构。与TS-b曲线相比，TS-CNC曲线中在1726cm^-1处出现新的弱吸收峰，该峰归属于羧酸基团的C=O，表明在反应过程中部分羟基被氧化为羧基，制备的纳米纤维素为羧基型纳米纤维素。

2.3X射线衍射分析(XRD)

通过XRD研究样品的结晶度，得到样品TS、TS-b、TS-CNC的XRD图线，如图3所示，计算得到TS、TS-b、TS-CNC的结晶度如表l中所示。从图3可以看出3种样品都具有3个主要的衍射峰，180和34.6。是2个低强度宽峰，22.50是1个尖锐的高强度峰，3个峰分别对应于纤维素I中(110)，(200)和(400)3个晶面的衍射峰，说明化学反应过程没有改变纤维素的品型，制得的烟草秸秆CNC仍然保持纤维素I型结构。

表1中的相对结晶度值可以定量评价纤维结构中结晶纤维素和无定型区的数量，相较于原料TS，TS-b、TS-CNC的相对结晶度分别提高了54.23％和41.53‰原料的结晶度最低，是由于纤维素结构被无定形纤维素多糖物质如半纤维素、木质素、果胶等包罔，导致结晶区占比较低，经过碱液处理及氧化漂白处理，去除其中的木质素、半纤维素和果胶等杂质后，纤维素的结晶区占比增加，相对结晶度提高。TS-CNC结晶度低于TS-b的原因是由于超声处理时间过长，破坏了纤维素的结晶区。