1 對纖維素結晶性質的影響
昆山舒美超聲波清洗器在空化過程中,溫度和壓力的極端條件導致纖維素結構中氫鍵斷裂,部分晶體組成部分變成無定形部分,從而導致結晶度和晶粒尺寸的減小,而纖維素的晶體類型沒有發生改變,仍為纖維素 I 型。 但也有研究者發現,隨著超聲波處理時間的增加,纖維素結晶度出現增大的趨勢,在超聲波作用的后期,介質的熱效應和力學效應并存。 介質溫度的升高加速了溶劑的擴散,使已經被破壞的纖維素分子鏈重新排列,直到體系達到平衡,從而導致超聲預處理后期結晶度的提高。 在超聲波處理期間,空化泡微射流使結晶度下降,同時對于部分尺寸較小的纖維晶體,纖維素分子向晶面移動和擴散,促進晶體生長,使結晶度上升,即超聲波同時導致消晶作用和促進晶體生長作用,而這兩個作用的強弱隨時間發生變化,并且與熱效應相關。
2 對纖維素化學結構的影響
紅外光譜分析表明,KQ5200DE超聲波清洗器處理使氫鍵發生斷裂,纖維表面有更多的游離羥基生成。 發現,在 FT-IR 譜圖中,隨著超聲波處理的進行,1610cm- 1 處的吸附水吸收峰不斷增強,因為超聲波使得更多微原纖剝離,形成更多的微原纖表面,進而更多的親水基團( TEMPO 氧化后形成的羧基)暴露出來;3425 cm- 1處的氫鍵中—OH 的伸縮振動吸收峰,隨著超聲時間增加而逐漸變寬,說明超聲作用打破了纖維素分子鏈間的有序氫鍵連接,同時大量無序的分子間氫鍵重新形成,因此超聲對纖維素鏈間氫鍵具有顯著的破壞作用。研究則發現,超聲波預處理對分子內氫鍵的影響要強于對分子間氫鍵的影響。超聲波可以改變纖維素結構,通過切割糖苷鍵來減小粒徑、晶粒尺寸和結晶度。 碎裂的聚糖可以更有效地通過水解轉化為葡萄糖和 / 或低聚糖,或進一步轉化成燃料。
3 對化學反應可及性的影響
超聲波清洗器處理有利于提高化學反應的可及性,超聲波預處理可以有效地提高纖維素酸水解的選擇性,有選擇性地降解無定形區、保留結晶區,從而制得高結晶度的水解纖維素。超聲波形成的脈沖對再生纖維形成沖擊作用,使得其表面暴露出更多的纖維素分子結合點,甚至使整個纖維結構破壞,超聲波對于加快藥液或生物酶對纖維的作用以及增加纖維的反應面積起到一定效果。 增大反應的比表面積對促進非均相化學反應至關重要,以再生纖維作為生物質纖維素資源,通過纖維素水解產糖再發酵制備生物質乙醇,研究發現,在酸水解之前利用超聲波預處理再生纖維,可使酸水解反應產生的還原糖濃度明顯增加,這說明超聲波處理使纖維表面積增大,增加了酸性溶劑與纖維水解反應的可及性,產生還原性多聚糖。
