双聚酸三元低共熔溶剂实现纳米纤维素高羧基化修饰的绿色突破

本文创新性地设计了一种双聚酸三元低共熔溶剂（DP/TDES），通过草酸（OA）和柠檬酸（CA）的协同作用，将纤维素解离机制从水解主导转向氢键破坏，实现了纳米纤维素（NC）羧基化程度（0.822 mmol g?1）的1.8倍提升，同时保持78%结晶度。该技术为生物传感器、组织工程等领域提供了比TEMPO氧化更安全环保的解决方案。

　　

亮点

本研究开发的DP/TDES通过分子尺寸差异调控，实现了高均质性、致密氢键网络和显著熔点降低（>108.8°C），能高效提取羧基化纳米纤维素（c-NC），其羧基含量创纪录达1.25 mmol g^?1，得率40-59%，并呈现棒状形态。

材料与方法

原料

榴莲果壳购自本地水果摊。次氯酸钠（NaClO₂，80%）、冰醋酸（CH₃COOH，99.5%）、氢氧化钠（NaOH，98%）等试剂直接使用。

c-NC提取与羧基化效率

通过"Wise法"化学预处理榴莲果壳原纤维（RF），经DP/TDES反应和高压均质（HIU）制备高羧基含量、高结晶度的c-NC（图1）。该预处理通过酸漂白和碱化溶解木质素-半纤维素鞘，获得纤维素富集的前驱体纤维（PF）。

结论

本研究通过理性设计低共熔溶剂（DES），开发出兼具环境友好与高效特性的纤维素溶解体系。双聚酸（OA/CA）的协同作用构建了超越纤维素内聚能的氢键供体能力（α_sβ_c=0.779 vs α_cβ_c=0.762），结合Fischer-Speier酯化与有机催化双重路径，突破了传统DES在羧基化修饰中的局限。