輕工學院院士創(chuàng)新團隊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域取得系列進展

我校輕工科學與工程學院（柔性電子學院）“生物質化學與材料”院士創(chuàng)新團隊聚焦纖維素功能改性及高值化利用，近期團隊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用等方面取得重要進展。相關成果在Carbohydrate polymers、Small、Separation and Purification Technology和International Journal of Biological Macromolecules等期刊上連續(xù)發(fā)表7篇應用研究型論文。

1. 雙酸位點低共熔溶劑（DES）綠色制備高品質醋化級溶解漿

課題組選用由氫鍵供體和受體組合而成綠色價廉的ZnCl₂基低共熔溶劑（DES），成功實現了溶解漿漿料組分純化、漿料黏度調控和反應性能提升，進而有利于纖維素衍生化改性，所制備的醋酸纖維素產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. 纖維篩分協同DES處理制備高純竹纖維素產品

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性能，將其開發(fā)成不同品質的高純度纖維素產品。纖維篩分預處理篩選出更均勻的纖維組分，即短纖維（SF，薄壁細胞和細纖維）和長纖維（LF，竹纖維）。篩分-DES協同處理提供了一種有效從低等級竹紙漿升級制備高等級竹溶解漿及其衍生產品的方法。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. 花瓣狀仿生再生纖維素纖維制備及其高效水霧收集應用

基于前期竹溶解漿制備，課題組提出采用簡單的濕紡絲工藝構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相轉化（NIPS），制備的混合纖維（PVDF/纖維素）表現出獨特的花瓣狀結構和親水梯度行為，可以有效地促進霧沉積和水滴排放，從而促進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用

課題組提出了一種簡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)良的機械強度、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. 殼層限域誘導羥基氮化硼高度有序排列構筑超快熱傳導相變纖維

基于上述同軸濕法紡絲，課題組提出殼層限域誘導羥基化氮化硼納米片（BNN-OH）定向排列理念，通過調控芯液擠出速度擠壓殼層，結合殼層纖維素/BNN-OH相反轉再生固化，實現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，表現出優(yōu)異的導熱和散熱性能。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：劉國棟 編輯：趙誠）