1. 研究目的与意义

木质纤维素的３种化学成分分别是纤维素、半纤维素以及木质素。

据估计地球上每年通过植物光合作用可生产木质纤维素１００～５００亿ｔ，约占地球生物质产量的一半。

尽管工业上已经以木质纤维素中的纤维素为原料生产生物燃料和化工产品，但副产大量的半纤维素和木质素未能得到很好的利用，不仅造成资源浪费，还对环境造成严重污染。

2. 国内外研究现状分析

随着化石资源的枯竭和人类对环境问题的关注，将生物质资源转化成绿色能源、生物材料和化学品已成为国内外学者不断探索的目标和重点。目前国内外对纤维素溶胀的表征方法不多，张冬、杜聪等都采用了每隔一个时段测量溶胀增重的方法表征溶胀效果。作者利用离心机的脱水功能，将多余的nmmo 水溶液从溶胀好的浆粥中脱除，以残留下浆粥的百分率表征溶胀率，并用跟踪拍摄的方法观察显微镜下纤维素直径的胀大倍数加以印证，同时改变溶胀条件，利用此种表征方法，选出最佳溶胀条件，使其完全溶解。尽管采用可再生的、廉价的生物炼制废弃物半纤维素和木质素制备用途广泛的水凝胶材料具有原料可再生、产品可降解、降低生物能源成本等优点，但也面临很多挑战，包括：（１）目前研究的基于半纤维素和木质素的水凝胶的吸水能力、凝胶强度均难以满足多种应用领域要求。寻找新的化学改性方法（例如，在高分子骨架上引进离子基团），提高水凝胶的吸水能力和凝胶强度，将大大改善水凝胶的性能和拓展其应用领域。（２）在基础研究方面，探索半纤维素、木质素的来源、提取方法对最终制备的水凝胶材料的性能的影响。（３）探索基于半纤维素和木质素的水凝胶在市场规模较大的领域中应用的可能性，例如个人卫生用品、石油开采、节水农业、环境保护等。

参考文献：

【1】许虎, 徐鸣风, 徐纪刚, 安树林, 段先, 国凤敏. 纤维素在nmmo水溶液中的溶胀行为研究. 合成纤维工业，2013，36(1)：38-41 【2】 黎新明, 尹国强, 崔英德. 基于半纤维素和木质素的水凝胶研究进展. 化工新型材料, 2011, 39(9): 21-25 【3】陶丹丹, 白绘宇, 刘石林, 刘晓亚. 纤维素气凝胶材料的研究进展. 纤维素科学与技术, 2012, 19(2): 64-75

3. 研究的基本内容与计划

nmmo 是一种不会导致变异的绿色溶剂，生产过程对环境无危害。纤维素在nmmo水溶液溶解过程中，如果nmmo 与纤维素混合不均匀，即纤维素不能充分溶胀，nmmo 将会先溶解低相对分子质量的纤维素，在纤维素浆粕外表形成高黏度的皮层，阻碍溶剂分子与纤维素分子之间的相互渗透，使得内层纤维素不能完全溶解，因而溶解不均匀，在纺丝过程中会出现断头和不稳定状态。溶胀的好坏直接影响了纤维素溶解的效果和纺丝原液的质量。

研究内容：基于nmmo溶解体系制备木质纤维素凝胶材料

研究计划：

4. 研究创新点

作为生物炼制的原料，木质纤维素中的纤维素成分可为人类生产生物燃料和化学品，但其中的半纤维素和木质素成分未能有效利用。

由于高分子骨架上含有大量亲水性基团，半纤维素和木质素可以转化为用途广泛的水凝胶材料。

这样不仅可消除环境污染，减少资源浪费，还可以有效地降低纤维素生物燃料或者化学品的成本。