超声辅助非极性反溶剂法制备纤维素悬浮液：基于正交Kamlet-Taft酸碱性的解聚机制与共溶剂效应研究

本研究创新性地采用超声辅助非极性反溶剂法，在四氢呋喃（THF）中成功制备了纤维素悬浮液（0.5 mg/mL），揭示了THF的高净碱性（β-α=0.55）与纤维素作为Turbak酸的相互作用机制。通过FTIR证实结晶度降低5%，DLS实验证明氯仿（CHCl3）通过共溶剂效应促进解聚，为无极性条件下的纤维素溶解/再生研究提供了新平台。

　　

纤维素作为自然界最丰富的可再生资源，其溶解与再生机制一直是材料科学领域的重大挑战。传统溶解方法依赖强极性溶剂如离子液体（ILs）或深共熔溶剂（DESs），但存在环境负担和功能化修饰等问题。更棘手的是，非极性溶剂中纤维素的行为机制尚不明确，尤其是如何通过物理化学调控实现其分散与解聚。

针对这一空白，某国内研究机构（需根据原文补充具体机构名称）的研究团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表了一项突破性研究。他们创新性地采用超声辅助非极性反溶剂法，在四氢呋喃（THF）中成功制备了稳定的纤维素悬浮液（0.5 mg/mL），并系统揭示了THF的高净碱性（β-α=0.55）与纤维素作为Turbak酸的相互作用机制。

研究团队运用四项关键技术：1）40 kHz/70 W超声处理实现纤维素在THF中的原位分散；2）450 nm膜过滤分级控制粒径；3）FTIR光谱分析结晶度变化（Cr.R1/Cr.R2指数）；4）动态光散射（DLS）定量表征THF-CHCl₃混合体系中的解聚动力学。

2.1 悬浮液制备与表征
通过优化超声参数（15-90分钟），在THF中获得稳定悬浮液，而CHCl₃因零碱性（β=0）无法实现。计算化学显示THF-纤维素复合物自由能降低20.9 kJ/mol，而CHCl₃体系则需吸能8.1 kJ/mol。

3.3 结晶度变化
FTIR分析发现1372 cm^-1/2900 cm^-1峰强比（Cr.R1）下降5.2%，表明超声主要破坏C-H键相关氢键网络，而1430 cm^-1/893 cm^-1（Cr.R2）不变证实β(1,4)-糖苷键未被切断。

3.6 解聚动力学
DLS揭示THF中纤维素平均流体力学半径（R_h）为255 nm，添加80% CHCl₃后增至320 nm，90%时达610 nm。Langmuir槽实验证实该现象非湿度影响，而是CHCl₃通过Lewis酸碱作用（O-H···H-CCl₃）实现的共溶剂效应。

3.10 超声极限测试
延长超声至160分钟使R_h减小25-85%，表明原始悬浮液为氢键连接的"聚集体团簇"，而非共价交联的稳定结构。

这项研究首次在非极性体系中证实：1）THF的净碱性可类比ILs/DESs，实现纤维素作为Turbak酸的溶剂化；2）CHCl₃通过正交酸碱性质触发共溶剂效应，而非传统认知的"共反溶剂"行为。该发现为开发无极性纤维素加工技术提供了理论基石，对绿色化学和生物材料领域具有深远意义。