1 對(duì)纖維素結(jié)晶性質(zhì)的影響
昆山舒美超聲波清洗器在空化過(guò)程中,溫度和壓力的極端條件導(dǎo)致纖維素結(jié)構(gòu)中氫鍵斷裂,部分晶體組成部分變成無(wú)定形部分,從而導(dǎo)致結(jié)晶度和晶粒尺寸的減小,而纖維素的晶體類(lèi)型沒(méi)有發(fā)生改變,仍為纖維素 I 型。 但也有研究者發(fā)現(xiàn),隨著超聲波處理時(shí)間的增加,纖維素結(jié)晶度出現(xiàn)增大的趨勢(shì),在超聲波作用的后期,介質(zhì)的熱效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)并存。 介質(zhì)溫度的升高加速了溶劑的擴(kuò)散,使已經(jīng)被破壞的纖維素分子鏈重新排列,直到體系達(dá)到平衡,從而導(dǎo)致超聲預(yù)處理后期結(jié)晶度的提高。 在超聲波處理期間,空化泡微射流使結(jié)晶度下降,同時(shí)對(duì)于部分尺寸較小的纖維晶體,纖維素分子向晶面移動(dòng)和擴(kuò)散,促進(jìn)晶體生長(zhǎng),使結(jié)晶度上升,即超聲波同時(shí)導(dǎo)致消晶作用和促進(jìn)晶體生長(zhǎng)作用,而這兩個(gè)作用的強(qiáng)弱隨時(shí)間發(fā)生變化,并且與熱效應(yīng)相關(guān)。
2 對(duì)纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
紅外光譜分析表明,KQ5200DE超聲波清洗器處理使氫鍵發(fā)生斷裂,纖維表面有更多的游離羥基生成。 發(fā)現(xiàn),在 FT-IR 譜圖中,隨著超聲波處理的進(jìn)行,1610cm- 1 處的吸附水吸收峰不斷增強(qiáng),因?yàn)槌?/span>聲波使得更多微原纖剝離,形成更多的微原纖表面,進(jìn)而更多的親水基團(tuán)( TEMPO 氧化后形成的羧基)暴露出來(lái);3425 cm- 1處的氫鍵中—OH 的伸縮振動(dòng)吸收峰,隨著超聲時(shí)間增加而逐漸變寬,說(shuō)明超聲作用打破了纖維素分子鏈間的有序氫鍵連接,同時(shí)大量無(wú)序的分子間氫鍵重新形成,因此超聲對(duì)纖維素鏈間氫鍵具有顯著的破壞作用。研究則發(fā)現(xiàn),超聲波預(yù)處理對(duì)分子內(nèi)氫鍵的影響要強(qiáng)于對(duì)分子間氫鍵的影響。超聲波可以改變纖維素結(jié)構(gòu),通過(guò)切割糖苷鍵來(lái)減小粒徑、晶粒尺寸和結(jié)晶度。 碎裂的聚糖可以更有效地通過(guò)水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖和 / 或低聚糖,或進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成燃料。
3 對(duì)化學(xué)反應(yīng)可及性的影響
超聲波清洗器處理有利于提高化學(xué)反應(yīng)的可及性,超聲波預(yù)處理可以有效地提高纖維素酸水解的選擇性,有選擇性地降解無(wú)定形區(qū)、保留結(jié)晶區(qū),從而制得高結(jié)晶度的水解纖維素。超聲波形成的脈沖對(duì)再生纖維形成沖擊作用,使得其表面暴露出更多的纖維素分子結(jié)合點(diǎn),甚至使整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)破壞,超聲波對(duì)于加快藥液或生物酶對(duì)纖維的作用以及增加纖維的反應(yīng)面積起到一定效果。 增大反應(yīng)的比表面積對(duì)促進(jìn)非均相化學(xué)反應(yīng)至關(guān)重要,以再生纖維作為生物質(zhì)纖維素資源,通過(guò)纖維素水解產(chǎn)糖再發(fā)酵制備生物質(zhì)乙醇,研究發(fā)現(xiàn),在酸水解之前利用超聲波預(yù)處理再生纖維,可使酸水解反應(yīng)產(chǎn)生的還原糖濃度明顯增加,這說(shuō)明超聲波處理使纖維表面積增大,增加了酸性溶劑與纖維水解反應(yīng)的可及性,產(chǎn)生還原性多聚糖。
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