研究者發現納米纖維素規模化制備關鍵機制

近日，中國農業科學院麻類研究所可降解材料開發與利用創新團隊聯合中南大學以苧麻纖維為研究對象，解析了果膠對植物細胞壁解離及其納米纖維素再分散的作用機制，為納米纖維素的規模化生產及應用提供理論依據，也為生物質的全組分高值化利用提供新思路。相關研究結果近期在線發表在《碳水化合物》（Carbohydrate Polymers）雜志上。

纖維素是地球上產量最豐富的天然高分子，每年全球纖維素的產量約750億噸，納米纖維素是指至少有一維尺寸在100 納米以下的纖維素材料。由于具有來源豐富、可生物降解、力學性能優異和可化學改性等優點，納米纖維素在增強聚合物制備、包裝、醫學、生物傳感、電子器件、環境修復等領域有著廣泛的應用價值。但是納米纖維素的制備需要對植物細胞壁進行分離純化，這個過程會消耗大量化學藥劑，增加環境負擔。

生物質全組分利用是納米纖維素制備的重要發展方向，直接利用生物質原生纖維制備含木質素、半纖維素的納米纖維素，省去植物細胞壁的分離純化過程，而植物細胞壁的高效解離和納米纖維素的再分散是其規模化應用的基礎與關鍵。果膠對植物細胞解離及其納米纖維素的再分散具有重要的影響，但其作用機制尚未解析。

該研究針對苧麻纖維，采用一系列果膠預提取方法，制備具有不同果膠成分和含量的纖維素納米纖維，研究果膠對纖維素納米纖維綜合性能的影響規律。根據研究結果，研究人員推測出果膠對植物細胞壁解離及其納米纖維素再分散的作用機制為：果膠、半纖維素或木質素、纖維素多層級復合納米結構的形成，以及基于該結構產生的表面靜電排斥效用和空間位阻效應。

據介紹，在納米纖維素利用領域，防止高濃度或干態納米纖維素的團聚一直是最具挑戰性的問題之一，而果膠剛好可以起到分散納米粒子的作用。研究結論對納米纖維素的規模化生產及應用發揮了良好的理論指導作用，也為生物質的全組分高值化利用提供新思路與新方法。

該研究得到國家自然科學基金、中國農業科學院科技創新工程等項目資助。