木材由三种主要有机聚合物组成:纤维素、木质素和半纤维素。纤维素约占木材干重的 50%。它是木材中的主要强化材料,提供结构支撑。木质素约占木材干重的 25%。它使树木具有刚性,充当天然粘合剂,同时也使树木具有防水和抗降解性。半纤维素占木材干重的 25%,具有两种独特的作用。首先,它有助于将纤维素和木质素结合在一起。其次,它含有大量的水分吸附位点,因此有助于在细胞壁中储存更多的水。
木质纤维素生物量是一种复杂的天然聚合物,主要由纤维素,半纤维素,木质素和其他各种化学成分组成。木质纤维素生物量中的纤维素可以分解为称为纳米纤维素的纳米尺寸生物材料,该纳米纤维素具有独特的特征,并在各个领域具有潜在的应用。在材料科学和生物医学工程领域的过去几十年中,木质纤维素生物质的纳米纤维素产生已成为广泛研究的主题,并引起了全球科学家和技术人员的关注。该生产在利用木质纤维素生物量的纤维素以及随后的加工中的纤维素方面面临许多挑战,以转化为纳米纤维素材料及其在科学和技术各个领域的进一步应用。此电流
摘要:黄麻卡迪斯是黄麻织物(解雇和黑森)生产产生的废物木质纤维素生物量。黄麻纤维纤维素(JCC)是一种可持续的来源,并且具有很高的潜力,可用于制备可生物降解膜。在这项研究中,用从JCC中提取的纤维素开发了柔性,半透明,可生物降解和高耐水的生态膜。通过碱性水解从JCC中分离出宏观纤维素。通过真空过滤产生不同量的JCC的柔性和半透明的纤维素膜。可生物降解的热塑性聚氨酯(TPU)是自组装并热压到制造半透明膜的。使用现代技术的机械性能,结构变化,热稳定性和耐水性研究了制备的生态膜。具有完全的灵活性(折叠耐受性> 100),JCC膜的拉伸强度高于低密度聚乙烯(LDPE)膜的拉伸强度。TPU涂层的JCC胶片的拉伸强度比原始的未涂层膜高约4倍。膜表现出极好的防水性,表明水接触角高于100°,即使在20分钟后,水滴也稳定。对JCC膜的燃烧测试表明,它们产生了灰烬,例如燃烧,表明易于清洁的生物降解。制造的JCC Eco-Films可能是一种可持续的方法,用于替换化石燃料的石油塑料材料用于包装应用。关键字:黄麻卡迪斯纤维素,热塑性聚氨酯,接触角,生物降解性,生态膜,功能涂料■简介
过去几年,纳米纤维素 (NC),即纳米结构形式的纤维素,已被证明是当代最突出的绿色材料之一。由于 NC 材料具有丰富、高长宽比、更好的机械性能、可再生性和生物相容性等吸引人的优异特性,人们对此的兴趣日益浓厚。丰富的羟基官能团允许通过化学反应进行广泛的功能化,从而开发出具有可调特性的各种材料。在这篇综述中,基于对最新研究的分析(特别是过去 3 年的报告),描述和讨论了纳米纤维素,特别是纤维素纳米晶体 (CNC) 的制备、改性和新兴应用的最新进展。我们首先简要介绍纤维素的背景、其结构组织以及纤维素纳米材料的命名法,供该领域的初学者参考。然后,详细阐述了生产纳米纤维素的不同实验程序、其特性和功能化方法。此外,还介绍了纳米纤维素在纳米复合材料、Pickering 乳化剂、木材粘合剂、废水处理以及新兴生物医学应用中的一些最新和新兴用途。最后,讨论了基于 NC 的新兴材料的挑战和机遇。
如何实现多色有机室温磷光(RTP)仍然具有挑战性和引人注目。在此,我们发现了一个新的原则,可以根据纳米表面限制效应来构建生态友好的色彩可调RTP纳米材料。纤维素纳米晶体(CNC)固定纤维素衍生物(CX)通过氢键相互作用,含有芳基取代基,这有效地抑制了纤维素链和发光基团的运动以抑制非辐射过渡。同时,具有强氢键网络的CNC可以隔离氧气。CX调节磷光发射。直接混合CNC和CX后,获得了一系列多色RTP纳米材料。可以通过引入各种CX和CX/CNC比的调节来对所得CX@CNC的RTP发射进行细微调整。这样的通用,便捷且有效的策略可用于制造具有宽色调的各种彩色RTP材料。由于纤维素的完整生物降解性,可以将多色磷光CX@CNC纳米材料用作环保安全墨水,以通过常规的打印和写作过程来制造一次性的抗抗逆转录注力标签和信息存储模式。
设计的纳米复合材料传统上被称为木材,其构建块(细胞)被扩展的纤维素链的难以置信的强度和僵硬的纳米级纤维增强,这些纤维素链的纤维纤维被称为纤维素基本原纤维或微纤维(3-5 nm宽)(3-5 nm宽),并在其上(3-5 nm宽),并将其捆成(15-50 nm宽)(1.5-50 nm宽)。[3,4-7]这些原纤维是高度结晶的,其拉伸强度(σ)为2-7.7 GPa,≈140gpa的晶体弹性模量(E)和≈1.6g cm-cm-cm-3的降低(ρ)。[8]要将其概述置于透视上,它们在机械上与凯夫拉尔(Kevlar)相媲美,大约七倍强,但比钢重五倍,并且其热膨胀较低(见表1)。这些奇妙的天然纳米材料无处不在,可在所有木本和非木质植物以及其他来源(例如细菌,藻类和海洋动物膜中膜)中发现。[7,9–11]此外,它们易于提取,可生物降解,可再生和碳中性。因此,在21世纪初期,纳米级纤维素原纤维受到了广泛的关注,以制造过环友好,轻巧和健壮的(复合)伴侣,相关主题可能构成了木纳米技术学最成熟的研究。纳米级纤维素原纤维被提取的纳米纤维素原纤维,而不论cel-lulosic源具有两种通用形式。[7,11,12]第一种原纤维形式是半晶体,通常宽3-50 nm,长约1–3 µm,具有较高的纵横比和柔韧性,称为纤维素纳米纤维或纳米纤维(CNF)。通常,CNF是由木质纤维素材料(即木材和植物 - 颗粒形式)产生的。
土壤中的颗粒碳(C)降解是管理温室气通量和C存储的全球C周期中的关键过程。毫米规模的土壤聚集体通过诱导例如氧,以及限制孔结构中的微生物迁移率。迄今为止,土壤聚集体的实验模型具有孔隙率和化学梯度,但没有颗粒。在这里,我们证明了概念验证的水凝胶基质中的微生物细胞和颗粒c底物作为土壤聚集体的新型实验模型。ruminiclostridium纤维素溶解与纤维素共同封装在毫米级的聚乙烯二甲基二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)水凝胶珠中。在水凝胶封装的条件下延迟微生物活性,纤维素降解和孵育13天后的发酵活性。出乎意料的是,水凝胶封装从纤维溶解的产物形成从乙醇 - 乳酸乙酸酯混合物转变为乙酸酯为主的产物曲线。荧光显微镜能够同时可视化基质中的PEGDMA基质,纤维素颗粒和单个细胞,在孵育过程中表现出对纤维素颗粒的生长。一起,这些微生物 - 纤维素 - 果糖水凝胶呈现出一种新型的可重现的实验土壤替代物,以将单个细胞连接到土壤聚集体和生态系统的尺度上的结果。
住宿是由于外部因素,植物特征及其相互作用引起的次要细胞壁而导致的茎永久位移。解剖学,形态学和组成性状是引起住宿的植物特征。与形态和解剖学特征相比,住宿抗性和细胞壁组成的相关性并不经常回顾。在本综述中,基于主要细胞壁成分(木质素,纤维素和半纤维素)和微量矿物质,全面审查了细胞壁组成与谷物茎的耐药性之间的关系。从所有谷物作物中回顾的文献体系中,发现木质素和纤维素与住宿耐药性具有显着的正相关。然而,在大多数研究中,纤维素和木质素的结构特征对住宿耐药性的影响均未研究。本综述还强调了生物量顽固性和放置抗性权衡在遗传细胞壁修饰中的重要性。
淀粉,纤维素,壳聚糖和蒙脱石(MMT)6,7已被广泛用于食品包装材料中,因为它们证明了水和气体抗性,机械强度和热性能的增强。8但是,应注意的是,这也取决于使用它们的浓度。此外,纳米材料还增强了包装材料的性能,包括耐用性,exmbiblity,Exmapitions,屏障性质和光学性质。9例如,发现一些纳米结构,例如纤维素纳米晶(CNC)和纤维素纳米ber(CNF),可大大改善壳聚糖和乳清蛋白孤立的壳聚糖强度和水蒸气渗透性。9,10此外,纳米材料被广泛用作抗菌剂来减少包装食品的微生物变质。从这个意义上讲,包括铜纳米颗粒和银纳米颗粒在内的纳米颗粒分别改善了抗抗原性能,热性能和抗氧化活性,分别添加到基于琼脂的lms和CNC中时。11,12
联合国可持续发展目标 (SDG) 包括提供负担得起的清洁能源(目标 7),以实现全民和平与繁荣(可持续发展目标,2022 年)。其他可持续发展目标“可持续城市和社区”(目标 11)、“负责任的消费和生产”(目标 12)和“气候行动”(目标 13)也要求寻找可持续原料和清洁技术来生产可再生燃料。木质纤维素生物质是被研究作为生物燃料生产来源的突出和新兴原料之一。自然界中木质纤维素生物质的全球年产量估计为 1815 亿吨。其中,据说目前仅利用了 82 亿吨生物质,其中 70 亿吨来自森林、农业和草类,12 亿吨来自农业残留物(Ashokkumar 等人,2022 年)。这种生物质的传统用途是烹饪、取暖、建筑材料以及纸张、纸板和纺织品的生产。随着技术和生物质管理的进步,这种有价值的木质纤维素生物质可用于生产可再生生物燃料。此外,纤维素、半纤维素和木质素材料可以用于其他有用的工业生物产品和生物化学品(Ashokkumar 等人,2022 年)。木质纤维素生物质由木质素、纤维素和半纤维素组成,全球储量丰富。纤维素是自然界中最丰富的有机物质,其次是木质素。纤维素、半纤维素和木质素的百分比组成在软木、硬木、农业残留物和草类等木质纤维素材料中有所不同。木质纤维素生物质来自各种原料,如糖料作物、淀粉作物、农业残留物、草本生物质、木质生物质、油籽和微藻 ( Yuan et al., 2018 )。木质纤维素生物质的纤维素和半纤维素成分中存在的碳水化合物被认为适合生产生物燃料。然而,木质纤维素材料难以转化,因为木质纤维素生物质中的木质素会抑制生物质中碳水化合物的糖化和水解,从而给生物燃料转化带来挑战。将木质纤维素生物质中的聚合物转化为单体的主要挑战在于其结构中的强共价键和非共价键、结晶度和木质素结垢,需要克服这些才能将其用作生物燃料生产材料(Preethi 等人,2021 年)。木质纤维素材料的顽固性可以通过预处理步骤来克服,这些步骤会扰乱生物质中的木质素成分。此后,可以对纤维素和半纤维素进行酶水解。预处理方法可以是物理的、化学的、物理化学的或生物的。预处理导致木质纤维素材料碎裂,进一步增加其表面积和溶解度,并降低生物质中纤维素和木质素含量的结晶度(Hoang 等人,2021 年;Kumar 等人,2022 年)。原料选择、原料混合、高效预处理