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随着环境问题加剧和石油资源枯竭，纳米纤维素（nanocellulose）因具有高结晶度、高模量等优异性能，有望替代石油基产品，但现有制备方法存在能耗高、效率低的问题。研究人员利用假溶剂（pseudosolvent）制备纤维素纳米纤维（CNFs），简化了流程，降低了能耗，所得 CNFs 在多领域有应用潜力。
在当今时代，环境问题愈发严峻，石油资源日益枯竭，寻找环保、可持续的新型材料成为科研领域的热门话题。纤维素，作为地球上储量最为丰富的生物质，广泛存在于植物、木材、动物和微生物中，为植物提供了坚实的结构支撑，在建筑、家具等传统领域发挥着重要作用。然而，科学家们并不满足于此，他们将目光投向了纳米尺度的纤维素 —— 纳米纤维素（nanocellulose）。
纳米纤维素是由天然纤维素经过提纯和细化得到的，直径在 100nm 以下的纤维或晶体。它仿佛是被大自然赋予了神奇魔力的材料，拥有一系列令人惊叹的优异性能。其高结晶度（50 - 90%）赋予了材料良好的稳定性；高模量（~10GPa）让它在承受外力时不易变形；低密度（1.6g/cm3）使其更加轻盈；而且，它还具备易于修饰和可调控的自组装特性，这意味着科学家们可以根据不同的需求，对其进行 “定制化” 改造。基于这些特性，纳米纤维素被视为有望替代石油基产品的可再生资源，在众多领域展现出巨大的应用潜力。
但纳米纤维素的制备过程却困难重重。由于纤维素分子链内部和之间存在大量的氢键，形成了高度结晶的结构，这使得制备纳米纤维素比其他聚合物更加复杂。过去的几十年间，科研人员们不断探索，开发出了机械、化学、生物和复合等多种制备方法。比如通过酸水解制备纤维素纳米晶体（CNC），利用木醋杆菌合成细菌纤维素（BC），采用机械或化学 - 物理方法制备纤维素纳米纤维（CNFs）。其中，TEMPO 氧化法是制备 CNFs 较为知名的技术，然而，这种方法需要机械和化学处理相结合，层层加工材料，不仅能耗巨大，效率也很低，导致生产成本居高不下，严重限制了纳米纤维素的大规模应用。
为了突破这些瓶颈，来自未知研究机构的研究人员开展了一项具有创新性的研究。他们另辟蹊径，利用一种名为假溶剂（pseudosolvent）的新型混合试剂，成功实现了 CNFs 的制备。该研究成果发表在《Carbohydrate Polymers》杂志上，为纳米纤维素领域的发展带来了新的曙光。
研究人员采用的主要关键技术方法有：首先，利用二甲基亚砜 / 氢氧化钾（DMSO/KOH）悬浮液作为假溶剂，对纤维素原料进行溶胀处理；然后，通过引入可电离的酯化基团，实现 CNFs 的自剥离和稳定分散；最后，对所得 CNFs 的性能，如在不同 pH 条件下的分散性、自组装形成的功能材料的性能等进行表征和测试 。
下面来看具体的研究结果：
- 假溶剂溶胀过程：假溶剂能够促进 DMSO 和 K?与纤维素基本纳米纤维相互作用，形成更小的反应单元，暴露更多活性反应位点。以棉短绒作为纤维素原料，用 DMSO 中的 KOH 悬浮液（1mg/mL）作为假溶剂处理后，原本堆叠、扁平、带状且宽度约 50μm 的棉短绒微纤维发生了显著变化。
- CNFs 的制备及性能：通过该方法，实现了 CNFs 的一锅法自剥离和在假溶剂中的稳定分散，剥离产率高达约 90%。所得 CNFs 尺寸达到纳米级别，长度在 440 - 780nm，厚度为 2.2 - 4.5nm。这些 CNFs 表面带有邻苯二甲酸酯基团，使其能够在水和 DMSO 中分散，展现出独特的性质。
- pH 响应行为：CNF 分散体具有 pH 响应行为，通过改变 pH 值，能够实现 Pickering 乳液的可控破乳和便捷回收，这一特性在乳液相关的工业应用中具有重要价值。
- CNF 纳米膜性能：CNF 纳米膜在自然光下呈现出鲜艳的彩虹色。宏观膜表现出高杨氏模量（3.8GPa）、高断裂强度（95.9MPa），透光率超过 80%，雾度超过 90%。此外，乙醇浸泡赋予了薄膜可编程的形状记忆和可擦除性能，为材料在智能材料领域的应用提供了可能。
综合来看，这项研究意义重大。在制备方面，假溶剂法与设计的酯化反应相结合，提供了一种简便有效的制备自剥离 CNFs 的工艺，简化了制备流程，降低了能源消耗，提高了生产效率。在应用方面，所得 CNFs 展现出的独特性能，使其在众多领域具有广泛的应用前景，如在膜材料领域，可用于制造高性能的过滤膜、电池隔膜、透明膜等；在 Pickering 乳液领域，其 pH 响应行为有助于优化乳液的制备和分离过程；在智能材料领域，形状记忆和可擦除性能为开发新型智能产品奠定了基础。这一研究成果为纳米纤维素的制备、表面修饰以及实际应用开辟了新的道路，有望推动纳米纤维素从实验室走向大规模工业化生产，为解决环境和资源问题贡献力量。同时，也为相关领域的科研人员提供了新的研究思路和方法，促进了该领域的进一步发展。
