輕工學(xué)院院士創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)段超教授課題組在高純纖維素綠色制備及其再生功能化等領(lǐng)域取得系列進(jìn)展

我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）“生物質(zhì)化學(xué)與材料”院士創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聚焦纖維素功能改性及高值化利用，近期團(tuán)隊(duì)段超教授課題組在高純纖維素綠色制備及其溶解再生功能化應(yīng)用等方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果在Carbohydrate polymers、Small、Separation and Purification Technology和International Journal of Biological Macromolecules等期刊上連續(xù)發(fā)表7篇應(yīng)用研究型論文。

1. 雙酸位點(diǎn)低共熔溶劑（DES）綠色制備高品質(zhì)醋化級(jí)溶解漿

課題組選用由氫鍵供體和受體組合而成綠色價(jià)廉的ZnCl₂基低共熔溶劑（DES），成功實(shí)現(xiàn)了溶解漿漿料組分純化、漿料黏度調(diào)控和反應(yīng)性能提升，進(jìn)而有利于纖維素衍生化改性，所制備的醋酸纖維素產(chǎn)品具有較高的取代度（2.84）和得率（75.5%）。上述方法為綠色高效制備高質(zhì)量溶解漿及其衍生物提供一種有效的替代方法。該工作以“A deep eutectic solvent with bifunctional acid sites treatment to upgrade a bamboo kraft pulp into a cellulose-acetate grade dissolving pulp” 發(fā)表在《Carbohydrate Polymers》上。22級(jí)博士生田超超為本文第一作者，段超教授和倪永浩教授為該論文的通訊作者。

2. 纖維篩分協(xié)同DES處理制備高純竹纖維素產(chǎn)品

課題組提出了一種漿料纖維篩分與低共熔溶劑處理（DES）協(xié)同處理的工藝，以克服竹硫酸鹽漿（BKP）原料的不均一性和低反應(yīng)性能，將其開發(fā)成不同品質(zhì)的高純度纖維素產(chǎn)品。纖維篩分預(yù)處理篩選出更均勻的纖維組分，即短纖維（SF，薄壁細(xì)胞和細(xì)纖維）和長(zhǎng)纖維（LF，竹纖維）。篩分-DES協(xié)同處理提供了一種有效從低等級(jí)竹紙漿升級(jí)制備高等級(jí)竹溶解漿及其衍生產(chǎn)品的方法。該工作以“Integrating fiber fractionation and deep eutectic solvent treatment to upgrade a bamboo kraft pulp into a cellulose acetate-grade dissolving pulp”發(fā)表在《Separation and Purification Technology》上。22級(jí)博士生田超超為本文第一作者，段超教授為該論文的通訊作者。

3. 花瓣?duì)罘律偕w維素纖維制備及其高效水霧收集應(yīng)用

基于前期竹溶解漿制備，課題組提出采用簡(jiǎn)單的濕紡絲工藝構(gòu)建一種新的仿生再生纖維素基捕霧纖維。由于濕紡絲下的非溶劑誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)化（NIPS），制備的混合纖維（PVDF/纖維素）表現(xiàn)出獨(dú)特的花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)和親水梯度行為，可以有效地促進(jìn)霧沉積和水滴排放，從而促進(jìn)潮濕空氣中的霧收獲。該工作以“Bioinspired construction of petal-like regenerated PVDF/cellulose fibers for efficient fog harvesting” 發(fā)表在《Carbohydrate Polymers》上。23級(jí)博士生楊康為本文第一作者，段超教授和倪永浩教授為該論文通訊作者。

4. 纖維素基再生相變功能纖維及其熱管理應(yīng)用

課題組提出了一種簡(jiǎn)單的同軸濕紡絲工藝。在同軸紡絲過程中，溶解的纖維素作為纖維殼，納米纖維素（CNF）增強(qiáng)的石蠟（PW）乳劑作為相變核心，制備纖維素基相變纖維（PCF）及其織物（CNF1-PE/PW），使其具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、防泄漏和熱管理。CNF-PE/PW相變纖維在蓄熱和釋放方面在體溫管理方面具有很大的潛力。該工作以“Smart and robust phase change cellulose fibers from coaxial wet-spinning of cellulose nanofibril-reinforced paraffin capsules with excellent thermal management”發(fā)表在《Carbohydrate Polymers》上。23級(jí)博士生楊康為本文第一作者，段超教授為該論文的通訊作者。

5. 殼層限域誘導(dǎo)羥基氮化硼高度有序排列構(gòu)筑超快熱傳導(dǎo)相變纖維

基于上述同軸濕法紡絲，課題組提出殼層限域誘導(dǎo)羥基化氮化硼納米片（BNN-OH）定向排列理念，通過調(diào)控芯液擠出速度擠壓殼層，結(jié)合殼層纖維素/BNN-OH相反轉(zhuǎn)再生固化，實(shí)現(xiàn)BNN-OH在纖維殼層的高度定向排列（f=0.8）。PCF具有高相變焓 （125.1 J g-1）、優(yōu)異的導(dǎo)熱性（10.15 W·m^-1·K^-1）、快速傳熱速率（1.6 cm s^-1）以及良好的拉伸強(qiáng)度（11.21 MPa）和防漏性（0.13%），可作為人體、電子器件等的熱管理，表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)熱和散熱性能。該工作以“Ultrafast thermal conduction of phase change fiber enabled by sheath confinement-induced ordered orientation of hydroxylated BNNs”發(fā)表在《Small》上。23級(jí)博士生楊康為本文第一作者，段超教授和王建教授為該論文的通訊作者。

原文鏈接：

[1] https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122942

[2] https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.127358

[3] https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122069

[4] https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122649

[5] https://doi.org/10.1002/smll.202500255

[6] https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.141718

[7] https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.142175

（核稿：劉國(guó)棟 編輯：趙誠）