1 对纤维素结晶性质的影响
昆山舒美超声波清洗器在空化过程中,温度和压力的极端条件导致纤维素结构中氢键断裂,部分晶体组成部分变成无定形部分,从而导致结晶度和晶粒尺寸的减小,而纤维素的晶体类型没有发生改变,仍为纤维素 I 型。 但也有研究者发现,随着超声波处理时间的增加,纤维素结晶度出现增大的趋势,在超声波作用的后期,介质的热效应和力学效应并存。 介质温度的升高加速了溶剂的扩散,使已经被破坏的纤维素分子链重新排列,直到体系达到平衡,从而导致超声预处理后期结晶度的提高。 在超声波处理期间,空化泡微射流使结晶度下降,同时对于部分尺寸较小的纤维晶体,纤维素分子向晶面移动和扩散,促进晶体生长,使结晶度上升,即超声波同时导致消晶作用和促进晶体生长作用,而这两个作用的强弱随时间发生变化,并且与热效应相关。
2 对纤维素化学结构的影响
红外光谱分析表明,KQ5200DE超声波清洗器处理使氢键发生断裂,纤维表面有更多的游离羟基生成。 发现,在 FT-IR 谱图中,随着超声波处理的进行,1610cm- 1 处的吸附水吸收峰不断增强,因为超声波使得更多微原纤剥离,形成更多的微原纤表面,进而更多的亲水基团( TEMPO 氧化后形成的羧基)暴露出来;3425 cm- 1处的氢键中—OH 的伸缩振动吸收峰,随着超声时间增加而逐渐变宽,说明超声作用打破了纤维素分子链间的有序氢键连接,同时大量无序的分子间氢键重新形成,因此超声对纤维素链间氢键具有显著的破坏作用。研究则发现,超声波预处理对分子内氢键的影响要强于对分子间氢键的影响。超声波可以改变纤维素结构,通过切割糖苷键来减小粒径、晶粒尺寸和结晶度。 碎裂的聚糖可以更有效地通过水解转化为葡萄糖和 / 或低聚糖,或进一步转化成燃料。
3 对化学反应可及性的影响
超声波清洗器处理有利于提高化学反应的可及性,超声波预处理可以有效地提高纤维素酸水解的选择性,有选择性地降解无定形区、保留结晶区,从而制得高结晶度的水解纤维素。超声波形成的脉冲对再生纤维形成冲击作用,使得其表面暴露出更多的纤维素分子结合点,甚至使整个纤维结构破坏,超声波对于加快药液或生物酶对纤维的作用以及增加纤维的反应面积起到一定效果。 增大反应的比表面积对促进非均相化学反应至关重要,以再生纤维作为生物质纤维素资源,通过纤维素水解产糖再发酵制备生物质乙醇,研究发现,在酸水解之前利用超声波预处理再生纤维,可使酸水解反应产生的还原糖浓度明显增加,这说明超声波处理使纤维表面积增大,增加了酸性溶剂与纤维水解反应的可及性,产生还原性多聚糖。
