功能化木质素纳米球的绿色合成及其资源化利用研究

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木质素作为新型绿色材料的重要组成部分,具有抗氧化、抗菌、稳定性好等特点,表现出广阔的应用前景。尤其是木质素本身包含的大量的酚羟基和甲氧基等官能团,使其具备一定的抗氧化和紫外线防护能力,可用于防晒领域。然而,由于木质素大分子结构复杂,多分散性高,溶解度低,同时又表现出高的着色度,限制了其在防晒领域的发展。之前的木质素防晒研究尽管通过紫外照射或者乙酰化改性的方法得到了浅色的木质素可用于防晒领域,但这些方法均是通过封闭酚羟基的形式实现,降低了木质素的防晒性能。而在纳米材料领域,纳米颗粒可以在不改变块状材料本身结构的基础上实现一些它们难以实现的特性,比如颜色、机械性能等。因此本实验拟开展在不经过改性的基础上实现对木质素酚羟基含量的保留甚至提升,利用这些高酚羟基含量的木质素进行纳米球的合成,从而既达到了浅色木质素的标准,也实现了高防晒性能的要求。具体研究内容包含三个实验:(1)选用紫丁香基单元少而对苯羟基单元多的禾本科农业废弃物(竹屑)通过温和有机溶剂提取得到颜色较浅的木质素,在经过丙酮有机溶剂分馏后,得到分子量逐渐降低、溶解度和酚羟基含量逐渐升高的各种木质素馏分,高溶解度和酚羟基含量为后续的木质素纳米球的合成奠定基础。(2)借助低分子量木质素馏分的高溶解度和酚羟基含量,利用木质素的两亲性对其进行自组装以合成纳米球。并通过控制单因素研究木质素初始浓度、酸碱度、分子量及其搅拌速度等一些外界条件对纳米球合成的影响,探讨其合成的机理。(3)利用合成的浅色纳米球与市售的纯乳霜混合,研究各种纳米球的防晒性能及其纳米球添加量对合成防晒剂的紫外透射率的影响。发现未经分馏的木质素得到的纳米球与乳液混合后(0.5:1wt%)可以隔离掉超过50%的紫外线,而同剂量的分馏得到的木质素纳米球的紫外线阻隔率可达到90%以上,尤其针对于UVA段的紫外线,为木质素在防晒领域更广泛的实际应用奠定基础。
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