近日，中国农业大学工学院王光辉教授团队在《国际生物大分子杂志》（International Journal of Biological Macromolecules）上在线发表题为《优化羧基纳米纤维素的制备：通过润胀处理增强 TEMPO 介导氧化作用的动力学和机理研究》（Optimizing Carboxylated Nanocellulose Preparation: A Kinetic and Mechanistic Study on the Enhancement of TEMPO-Mediated Oxidation via Swelling Treatment）的研究论文。
本研究探索了利用润胀处理解决 2,2,6,6- 四甲基哌啶-1-氧自由基（TEMPO）介导的氧化法制备纳米纤维素过程中的高成本和污染问题。结果表明，在保持纤维素聚合度（DP）（约 95%）的同时，润胀有效破坏了纤维素的原生晶体结构和氢键，导致结晶度和晶体尺寸减小，氢键键能和分子间 O6-H⋯O3′ 的含量降低。利用连续一阶反应动力学模型成功拟合了润胀前后纤维素的 TEMPO 介导氧化过程。
拟合结果表明，润胀显著降低了 TEMPO 介导氧化的活化能，并提高了反应速率。在三种润胀体系中，NaOH/硫脲/水体系的促进效果最佳。因此，润胀处理可使 TEMPO 介导氧化反应的催化剂用量显著减少30%，同时保持具有竞争力的反应速率、产率和产品性能。催化剂用量的降低有助于减少成本和环境影响，从而促进 TEMPO 介导氧化工艺的工业化应用。
中国农业大学工学院博士研究生蔡晨为论文的第一作者，王光辉教授为该论文的通讯作者。北京林业大学工学院白效鹏副教授参与了本项工作。该研究得到了国家重点研发计划（2021YFD1300302）、中国农业大学 "2115 "人才培养计划、财政部和农业部中国农业科研体系等资助。
