通过磷酸水解优化纤维素纳米晶体的长度和表面电荷密度

纤维素纳米晶体 (CNCs) 是具有广泛潜在应用的新兴纳米材料。CNCs 通常通过与硫酸进行酸催化水解来生产；然而，磷酸具有生成具有更高热稳定性 CNCs 的优势。本文提出了一种实验设计方法，以优化从棉花中提取 CNCs 的磷酸水解。水解时间、温度和酸浓度在九个实验中进行了变化，并应用线性最小二乘回归分析，以了解这些参数对 CNC 性质的影响。除一个例外外，所有实验均产生了具有高结晶度和热稳定性的棒状纳米颗粒。生成了一个统计模型来预测 CNC 长度，并阐明了磷酸盐含量和 zeta 电位的趋势。CNC 长度可以在相对较大的范围内调节（238-475 nm），并且通过提高水解温度和酸浓度可以最有效地缩小多分散性。CNC 磷酸盐含量受到水解温度和时间的影响最大；然而，与硫酸水解的 CNCs 相比，电荷密度和胶体稳定性被认为较低。本研究为弱酸水解提供了见解，并提出了改善 CNC 尺寸均匀性和电荷密度的“设计规则”。这篇文章是讨论会议专刊“纤维素纳米技术的新视野”的一部分。