离子液体在纤维素化学中的应用研究新进展

纤维素是自然界中储量最大的天然高分子，具有可再生、可完全生物降解、生物相容性好等诸多优点，被认为是未来能源、化工的主要原料。由于聚集态结构的特点，天然纤维素不熔融、难溶解，使其应用受到极大限制。近年来，人们发现一定结构的离子液体可以高效地溶解纤维素，这为纤维素的加工与功能化提供了一个崭新和多用途的平台。以离子液体为介质...     

离子液体溶解纤维素的研究

纤维素是一种可生物降解的天然高分子材料,由于纤维素含有大量的分子间和分子内氢键,导致纤维素难溶于水和一般的有机溶剂。现有的溶剂存在稳定性差,具有毒性,难以回收等缺点,对纤维素的加工、利用造成困难,因此,寻找新型绿色溶剂成为纤维素开发的热点和难点。离子液体是一种新型高效绿色溶剂,在一定条件下可以溶解纤维素、角蛋白等生物大分子,离子液体的出现为纤维素的溶解提供了一种环境友好、可生物降解的溶剂体系,具有广阔的应用前景。本文就不同种类离子液体溶解纤维素的溶解度以及影响溶解度几种因素进行了综述,总结了离子液体与纤维素作用机理以及离子液体的回收方法,为纤维素的加工利用提供了理论依据和工业指导。     

室温离子液体溶解和分离木质纤维素*

作为世界上最丰富的生物质资源,木质纤维素是生产清洁能源和精细化工品的天然原料。室温离子液体是近年来出现的一类绿色材料,对溶解和分离木质纤维素具有广阔的应用前景。本文在介绍木质素、纤维素、半纤维素和相关室温离子液体的组成与结构的基础上,综述了室温离子液体在溶解、分离木质纤维素方面的研究进展。根据目前所报道的研究结果,总结了不同离子液体对木质素、纤维素、半纤维素的溶解作用以及对木质纤维素的分离性能,分析了离子液体的结构与其溶解性能的关系,讨论了可能的溶解机理。最后提出了这一领域存在的问题,并对其未来的发展作了展望。     

可持续高分子-纤维素新材料研究进展

21世纪"绿色"化学已成为世界各国社会经济发展中的研究与开发战略方向.纤维素是自然界中储量最丰富的天然高分子,是重要的可再生资源以及未来的主要工业原料.然而由于纤维素存在着大量的分子内以及分子间氢键,其结构致密,难以溶解或熔融进一步加工.本文简要介绍了近几年来关于直接使用物理溶剂方法(非衍生化)对纤维素材料开发利用的新进展,主要包括以下4个方面:(1)纤维素在"绿色"溶剂-碱/尿素以及离子液体体系中的溶解和再生;(2)纳米纤维素的制备以及组装;(3)木材纳米技术的开发及利用;(4)细菌纤维素基材料等,旨在推进"绿色"技术实现纤维素资源的研究开发及利用.     

离子液体中的纤维素溶解、再生及材料制备研究进展

近年来,离子液体作为一类新型的环境友好介质和软功能材料受到了广泛的关注,并被广泛应用于有机合成、催化、电化学、分离分析等领域.其中,离子液体中的纤维素化学是当前离子液体研究的热点领域之一,离子液体的出现也为纤维素化学的进一步发展提供了广阔的空间.离子液体以其低熔点、高稳定性、低蒸汽压、溶解性能可调节等优异的理化性能已被证实为纤维素的有效溶剂,被广泛用于纤维素的溶解、再生及应用研究.综述了离子液体中纤维素的溶解行为,包括纤维素溶解度的影响因素、纤维素在离子液体中的溶解过程、纤维素的溶解及再生机理等,以及离子液体中基于纤维素的新型材料制备研究进展,并对离子液体中纤维素研究存在的问题和未来的发展方向进行了总结和展望.     

纤维素在离子液体中的溶解性能及机理研究进展

综述了纤维素在离子液体中的溶解性能和机理的研究进展,总结了纤维素在离子液体中发生溶胀、溶解的物化特性;指出纤维素在离子液体中的溶解属于直接溶解,溶解温度、溶解时间、加热方式、离子液体结构及是否含水等均可影响纤维素的溶解性能;分析了离子液体体系中纤维素应用方面存在的问题,即用于溶解纤维素的离子液体种类有限,溶解机理尚无成熟和完整的理论模型,有待于进一步研究.     

纤维素在离子液体[AMMor]Cl/[AMIM]Cl混合溶剂中的溶解性能

研究了纤维素在混配离子液体N-甲基-N-烯丙基吗啉氯盐[AMMor]Cl/3-甲基-1-烯丙基咪唑氯盐[AMIM]Cl中的溶解性能, 结果表明, [AMMor]Cl/[AMIM]Cl混配溶剂能有效溶解天然纤维素, 且在相同条件下, 溶解能力要优于离子液体[AMIM]Cl; 随着溶解温度的升高, 溶解时间大大缩短. 利用FTIR, XRD和TGA方法分析了再生纤维素的化学结构和热稳定性, 结果表明, 未经活化的纤维素可直接溶于[AMMor]Cl/[AMIM]Cl而不发生其它衍生化反应, 且天然纤维素在该溶剂体系中纤维素聚合度下降较小.     

离子液体对锯末中纤维素的溶解及再生研究

探讨了离子液体1-(4-磺酸基丁基)-3-甲基咪唑的硫酸氢盐(IL-1)作为催化剂,金属氯化物作为助催化剂时纤维素的水解,利用离子液体IL-1对杨木锯末中纤维素的直接溶解并再生,考察了温度、碱性溶液的浓度以及溶解时间对溶解率的影响,通过傅里叶红外光谱FT-IR、X-射线衍射仪及热失重对处理前后锯末、再生纤维素的结构、结晶性及热性能进行了研究.结果表明,温度为90℃,NaOH质量分数为6%,溶解时间为2 h时,离子液体对杨木锯末具有最佳的溶解性,溶解率可达45%左右.离子液体主要溶解杨木锯末中的纤维素,且为非衍生化的直接溶解,再生后的纤维素结晶形态由纤维素I变为II,热稳定性能有所降低.     

离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的制备及用于纤维素溶解纺丝的研究进展

离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（[EMIM3Ac）可以溶解天然高分子等许多聚合物,尤其对于纤维素具有较强的溶解能力,且溶解过程基本不造成纤维素降解,故可以作为纤维素的有效溶剂,用于纤维素的溶解加工。与其它溶剂相比,[EMIM]Ac具有使用安全、不污染环境、易回收循环利用等优势,故在纤维素溶解、纺丝方面具有广阔的应...     

利用离子液体制备纤维素基气凝胶

纤维素基气凝胶材料的研究在近年来吸引了人们极大的关注,这是因为这类新型材料具有通常无机气凝胶的典型结构特点,如超轻、高孔率、高比表面积等,同时具有天然生物质材料的原料丰富、可再生、可生物降解的优点。本文首先简要介绍了纤维素基气凝胶材料及其发展概况,进而主要介绍了以离子液体为溶剂制备再生纤维素基气凝胶的研究进展,包括纤维素基气凝胶的制备方法、结构及其功能性。最后对离子液体法制备的纤维素基气凝胶材料的前景进行了简要的展望。     

壳聚糖在4种咪唑型离子液体中溶解性的研究

研究、比较了壳聚糖在4种咪唑型离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([ BMIM] Ac)、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM] Ac)和氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMIM] Cl)中的溶解性,提出了可能的溶解机理,并利用红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA...     

离子液体在纤维素研究中的应用*

离子液体是一种新型的绿色溶剂,纤维素是一种可再生的生物资源,作为非衍生化纤维素溶剂,离子液体在纤维素研究中呈现出了良好的发展态势。本文综述了纤维素在离子液体溶解、再生、衍生化反应及其在生物酶催化等方面的一些研究成果。     

共溶剂存在下N-烯丙基吡啶氯盐离子液体对纤维素的溶解性能研究

采用一步法合成N-烯丙基吡啶氯盐离子液体([APy]Cl),考察其对纤维素的溶解性能.结果发现,在120℃下对棉浆粕(聚合度(DP)=556)的溶解度可高达19.71%,但再生后聚合度为223,热降解严重.通过添加不同种类共溶剂的方法克服此缺点.结果表明,有机溶液(DMSO,DMAc,DMF或吡啶)作为[APy]Cl的共溶剂时,[APy]Cl/DMAc复合溶剂对棉浆粕的溶解效果最佳,100℃下溶解度为15.03%,再生后聚合度为403.此外降低了溶剂成本.但70℃下,溶解度仅为1.36%,溶解能力较弱.继续探讨了[AMIM]Cl作为[APy]Cl的共溶剂时对纤维素的溶解性能,结果表明,70℃下,[APy]Cl/[AMIM]Cl复合溶剂对棉浆粕的溶解度为8.78%,再生后聚合度为516.可知添加上述2种共溶剂均使[APy]Cl在低于自身熔点下形成液体并能够溶解一定量纤维素,拓宽了溶解温度区间及应用平台.对FTIR,XRD和TGA谱图分析,结果表明上述为纤维素的直接溶剂,可将其晶型由Ⅰ型转变成Ⅱ型,再生后热稳定性稍有降低.通过照片和SEM表明再生膜无色透明,结构致密.     

羧酸根阴离子型功能化离子液体对纤维素的溶解性能

通过两步法合成了1,3-二甲基咪唑乙酸盐([C₁mim][CH₃COO])和1,3-二甲基咪唑羟基乙酸盐([C₁mim][HOCH₂COO])两种羧酸根阴离子型功能化离子液体。 研究了纤维素在这两种离子液体中的溶解性能。 结果表明,阴离子的结构对纤维素的溶解性能有明显影响,在120 ℃下,两种离子液体对纤维素的溶解度分别为19.7%和21.2%。 通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)以及热重分析(TG)等技术手段对再生纤维素的结构和热稳定性进行表征,表明两种离子液体均为纤维素的直接溶剂,纤维素在溶解及再生过程中晶体结构由I型转变为无定型结构,且热稳定性有所下降。 此外,研究发现溶解温度的提高和溶解时间的延长均会导致再生纤维素聚合度的降低。 所获得的研究结果为纤维素溶剂体系的开发具有指导意义。     

Dissolution of cellulose [correction of cellose] with ionic liquids

We report here initial results that demonstrate that cellulose can be dissolved without activation or pretreatment in, and regenerated from, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride and other hydrophilic ionic liquids. This may enable the application of ionic liquids as alternatives to environmentally undesirable solvents currently used for dissolution of this important bioresource.     

Dissolution and Delignification of Bamboo Biomass Using Amino Acid-Based Ionic Liquid

In the present work, the dissolution of bamboo biomass was tested using a number of ionic liquids synthesized in laboratory. It was observed that one of the synthesized amino acid-based ionic liquids, namely 1-ethyl-3-methylimidazolium glycinate, was capable of dissolving the biomass completely. The dissolved biomass was then regenerated using a reconstitute solvent (acetone/water) and was characterized using Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy. The results were compared to preconditioned bamboo biomass. The regenerated biomass was found to have a more homogenous macrostructure, which indicates that the crystalline form and structure of its cellulose has changed from type Ι to type ΙΙ during the dissolution and regeneration process.     

Ionic liquids--promising but challenging solvents for homogeneous derivatization of cellulose

In the past decade, ionic liquids (ILs) have received enormous interest as solvents for cellulose. They have been studied intensively for fractionation and biorefining of lignocellulosic biomass, for dissolution of the polysaccharide, for preparation of cellulosic fibers, and in particular as reaction media for the homogeneous preparation of highly engineered polysaccharide derivatives. ILs show great potential for application on a commercial scale regarding recyclability, high dissolution power, and their broad structural diversity. However, a critical analysis reveals that these promising features are combined with serious drawbacks that need to be addressed in order to utilize ILs for the efficient synthesis of cellulose derivatives. This review presents a comprehensive overview about chemical modification of cellulose in ILs. Difficulties encountered thereby are discussed critically and current as well as future developments in this field of polysaccharide research are outlined.     

Dissolution capacity and rheology of cellulose in ionic liquids composed of imidazolium cation and phosphate anions

Cellulose is one of the most abundant natural polymer sources, but the applications of cellulose are limited due to difficulty in dissolving cellulose in water and common chemical solvents. In the past decades, ionic liquids have been studied to dissolve cellulose efficiently, sustainably, and in an eco‐friendly manner. In this study, a series of imidazolium‐based ionic liquids were synthesized to explore as solvents for cellulose, including 1,3‐dimethylimidazolium dimethylphosphate ([mmim]dmp), 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium dimethylphosphate ([emim]dmp), 1‐butyl‐3‐methylimidazolium dimethylphosphate ([bmim]dmp), 1‐hexyl‐3‐methylimidazolium dimethylphosphate ([hmim]dmp), 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium diethylphosphate ([emim]dep), 1,3‐diethylimidazolium diethylphosphate ([eeim]dep), and 1‐butyl‐3‐ethylimidazolium diethylphosphate ([beim]dep). Rheology experiments were conducted to study the flow behavior of cellulose in these ionic liquids and cosolvents. We found that the dissolution capacity of cellulose increases with decreasing viscosity of the solvent and that the rheological properties depend most strongly on the concentration of cellulose dissolved. Systems composed of cellulose in [mmim]dmp, [emim]dmp, and [emim]dep behave as viscoelastic gels, while formulations of cellulose in [bmim]dmp, [hmim]dmp, [eeim]dep, and [beim]dep show viscoelastic liquid behavior. These results will impact development of new solvents for processing of cellulose‐based polymeric materials.     

Dissolution and forming of cellulose with ionic liquids

The dissolution of cellulose in different ionic liquids will be described as a very recent subject for a direct dissolving process, which was used to prepare regenerated cellulose fibres. The preparation of the dopes was arranged starting from slurry of cellulose in the aqueous ionic liquid by removing the water at elevated temperature, vacuum and high shearing rates. As ionic liquids, the 1-N-Butyl-3-methylimidazolium chloride, the 1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride, the 1-N-Butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride, the 1-N-Butyl-3-methylimidazolium acetate and the 1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate were investigated. The cellulose solutions in ionic liquids were characterised by means of light microscopy, cone-plate rheometry and particle analysis. In addition these results were compared with cellulose solutions in N-methyl-morpholine-N-oxide monohydrate. Finally the cellulose dopes were shaped by a dry-wet spinning process to manufacture cellulose fibres. The properties of the resulted fibre had been determined and will be discussed.