黏胶废液制备半纤维素水凝胶及其应用研究文献综述

 2022-04-22 23:27:52

文献综述

1 黏胶废液制备半纤维素水凝胶及其应用研究

1.1 水凝胶的定义

水凝胶（Hydrogel）是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解[1]。

由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保有大量的水，水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高，吸水量越低。这一特性很像一种软组织。水凝胶中的水含量可以低到百分之几，也可以高达99%。凝胶的聚集态既非完全的固体也非完全的液体。固体的行为是一定条件下可维持一定的形状与体积，液体行为是溶质可以从水凝胶中扩散或渗透[2]。

1.2 半纤维素的结构

半纤维素常见结构糖单元包括D-吡喃式木糖、D-吡喃式葡萄糖、L-呋喃式阿拉伯糖、D-吡喃式半乳糖、D-吡喃式甘露糖、D-葡萄糖醛酸等[3]，具体结构如图所示。不同来源的半纤维素结构单元不尽相同，可以是由单一糖单元聚合组成，也可以是有多种糖单元以不同方式聚合而成。根据聚合单元不同，半纤维素可以分为聚甘露糖、聚半乳聚糖、聚木糖、聚木葡糖和聚阿拉伯糖等[4]。

与纤维素相比，半纤维素的化学结构共性体现在主链和侧链上均含有大量活泼的羟基，可以通过化学修饰接枝不同化学基团，制备具有特殊理化性能的半纤维素衍生物;结构差异主要表现为糖单元组成不同、分子链短(聚合度为80-200)、主链不均一、支链多等。半纤维素的化学结构根据来源不同表现出较大差异，大多为复杂的支链结构，结构多样性直接导致了不同类型的半纤维素溶解性差异较大，部分支链较多、分子量较小的半纤维素能够溶于热水，几乎所有半纤维素都能很好溶解于碱液和二甲基亚砜(DMSO)中。

2 黏胶废液制备半纤维素水凝胶的研究背景

粘胶纤维生产过程中产生大量的高浓度压榨废液，这些废液中含有的主要成分是水、半纤维素和 NaOH，是一种粘度较高难以处理的有机废水。尹佳伟用乙醇沉淀法从粘胶纤维废液中回收半纤维素，并对其成分和性质进行分析。

半纤维素是细胞壁在构建过程中形成的，其种类丰富，支链结构较多，而且化学结构复杂，根据不同种类的植物，其结构也不同。半纤维素是一类聚合度在80-200相对分子质量较低的支链聚合物。古老的人造纤维品种。粘胶纤维是由天然纤维素溶解浆为基本原料经过磺化等一系列工艺处理纺制成的再生纤维素纤维，其化学成分与棉相似，具有许多优异的性能，应用广泛[5]。

目前，粘胶纤维行业对该废液的处理方法主要是燃烧法、醇处理法、酸处理法和生物处理法等。这些方法虽然都有自身的优点和可行性，但是都无法避免地会在处理过程中产生大量的能耗和设备投入，造成大量的经济损失。因此，如果能够将该废液直接作为一种可利用的资源，将会节省废液回收处理的能耗，产生良好的经济效益。事实上，该废液可以直接用来生产高附加值的功能材料，而且是一种可再生的生物质资源。

3 半纤维素水凝胶的合成方法

3.1自由基聚合法

自由基聚合是指在光、热、辐射或引发剂的作用下，小分子单体产生自由基，经共聚或缩聚反应形成高聚物的过程。自由基聚合是化学法制备水凝胶最为常用的方法。半纤维素结构单元中含有很多羟基，但这些羟基活性有限，在化学法成胶时一般需要先对半纤维素进行改性，引入活性基团。Edlund[6]等利用改性云杉半纤维素与甲基丙烯酸－2－羟乙酯(HEMA) 经自由基聚合得到微凝胶，并考察了该微凝胶对咖啡因和牛血清白蛋白的释放性能。该研究首先采用 N，N#39;－羰基二咪唑(CDI) 活化的甲基丙烯酸－2－羟乙酯 (HEMA－Im)对云杉半纤维素进行改性，向半纤维素中引入双键。将此改性半纤维素和共聚单体 HEMA 混合，并加入过硫酸铵［( NH4) 2S2O8］和焦亚硫酸钠 (Na2S2O5)，在水相体系溶解后，加入牛血清白蛋白(或咖啡因) 混合均匀，然后将混合液滴加到剧烈搅 拌的菜籽油中反应48h，得到微凝胶，反应路径如图所示。研究结果表明，该微凝胶对模型药物确有缓释性能，且半纤维素取代度越高，所得微凝胶交联度越大，缓释效果越好。此外，药物的亲水性及药物分子的尺寸也对缓释性能有重要影响。

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