《基於氫鍵競爭的秸稈纖維素可控溶解與多層次結構調控》是依託西南交通大學，由姜曼擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於氫鍵競爭的秸稈纖維素可控溶解與多層次結構調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：姜曼
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
環保化的纖維素新溶劑及其溶解機理一直是纖維素加工和套用領域的研究熱點，對纖維素多層次結構中的氫鍵調控則是實現其可控溶解和成型加工的關鍵。本項目以農作物秸稈纖維素為研究對象，希望通過引入氫鍵競爭體系實現其可控溶解和多層次結構調控。首先，通過模擬計算和實驗研究，對典型秸稈纖維素的分子內和分子間氫鍵進行系統研究，揭示氫鍵在秸稈纖維素多層次結構構築中的作用機理。其次，通過研究環境條件等物理化學作用對秸稈纖維素中氫鍵和多層次結構的影響規律，闡明外加氫鍵基元參與纖維素分子中氫鍵競爭、解離和禁止機制。在水等環保型溶劑體系中，引入F-離子等小體積、強電負性基團，研究其對纖維素分子間/分子內氫鍵、以及水分子締合體中氫鍵競爭的物理化學過程，最佳化出合理的水基纖維素溶劑體系及其適用的纖維素結構。對秸稈纖維素溶液的熱力學、流變學、加工等性能進行研究，建立基於氫鍵競爭和禁止作用的秸稈纖維素可控溶解和微納結構調控方法。
結題摘要
天然纖維素新溶劑及其溶解機理是天然高分子材料和基於可再生資源高分子領域的研究熱點。基於對科學問題突破，研製環保，高效新溶劑預期對纖維素纖維紡絲，成膜等材料領域帶來重大革新。本項目針對纖維素溶解過程中氫鍵的競爭與有效禁止這一科學問題，通過系統的實驗研究和模擬計算相結合開展研究，在氫鍵在秸稈纖維素多層次結構構築中的作用機理及氫鍵競爭和禁止的纖維素溶解機理與調控機製取得學術突破，取得的研究結果主要包括：（1）將尿素引入四丁基氫氧化銨水溶液體系的研究發現尿素可作為親疏水的調控劑。通過調控尿素的添加量，複合溶劑體系的雙親性可以被調控，從而可以控制其對纖維素的溶解性，並獲得纖維素納米晶。（2）通過分子動力學模擬，將纖維素溶劑化過程實現可視化評價，通過溶劑層厚度的分析對溫度，季胺鹼中烷基碳數目等影響因素做出的分析預測與實驗結果高度吻合。（3）根據分子動力學模擬研究的指導，找到一種助劑，將其引入四丁基氫氧化銨水溶液實現天然纖維素室溫條件下快速溶解。 通過項目資助，課題組發表SCI論文15篇（IF≥3的8篇），申報國家發明專利6項，其中1項已獲授權；參加國際學術會議4人次；參加學術交流4次，培養博士研究生1名，碩士生6名。
