机械法制备 CNF 的特点
- 缺点
- 设备昂贵,需要高压设备来提供强大的剪切力,投资成本高。
能耗极大,在高压均质过程中需要消耗大量的能量,导致生产成本增加。 产量相对较低,每次处理的原料量有限,难以实现大规模工业化生产。
- 缺点
- 处理量较小,适合实验室小规模制备,难以满足大规模工业生产的需求。
超声处理过程中可能会产生局部过热现象,对纤维素结构造成一定程度的热损伤,影响产品质量。 制备的 CNF 尺寸分布可能较宽,均匀性相对较差,需要进一步优化处理条件以提高产品的一致性。
设备成本低,相较于高压均质化等设备,高速搅拌设备价格较为亲民,易于获取和维护。 操作简便,对操作人员的技术要求不高,可在常规实验室或工业生产环境中进行。 可以通过调整搅拌速度、时间和搅拌桨的设计等参数,在一定范围内控制 CNF 的尺寸和形态。
- 制备的 CNF 质量相对较低,其尺寸和性能的均匀性不如高压均质化等方法,可能含有较多未完全纳米化的纤维束。
- 搅拌过程中可能会引入杂质,影响产品纯度,需要对原料和设备进行严格的清洁和预处理。
- 能耗较高,长时间高速搅拌需要消耗大量电能,增加生产成本。
化学法制备 CNC 的特点
能够精确控制 CNC 的尺寸和结晶度,通过调整酸的种类、浓度、水解温度和时间等参数,可以制备出具有特定尺寸和性能的 CNC,满足不同应用的需求。 制备的 CNC 具有较高的纯度和结晶度,其结晶结构完整,力学性能优异,可作为高性能的纳米增强材料。 可以利用多种纤维素原料进行制备,包括木材浆、棉花、农业废弃物等,原料来源广泛。 缺点 - 会产生大量酸性废水,对环境造成严重污染,需要复杂的废水处理工艺,增加了生产成本和环境压力。
酸水解过程可能会对纤维素的分子结构造成一定程度的破坏,影响 CNC 的某些性能,如表面化学性质和热稳定性。 反应条件较为苛刻,需要在严格控制的温度、酸度和时间条件下进行,操作过程具有一定危险性,对设备的耐腐蚀性要求较高。
生物合成法制备细菌纤维素(BC)的特点
合成的 BC 具有高纯度,不含木质素等杂质,化学结构均匀,性能稳定。 具有高结晶度和良好的力学性能,其纤维结构规整,强度和模量较高,可用于制备高强度的材料。 生物相容性良好,在生物医学领域具有潜在的应用价值,如组织工程支架、伤口敷料等。 生产过程相对环保,利用细菌的代谢过程合成纤维素,不需要使用大量的化学试剂,减少了对环境的污染。 缺点 细菌培养过程需要严格控制培养条件,包括温度、pH 值、营养物质浓度等,对生产环境要求较高,增加了生产成本和技术难度。 产量相对较低,细菌生长速度较慢,导致 BC 的生产效率不高,难以满足大规模工业应用的需求。 生产成本较高,培养细菌所需的培养基和设备成本较高,且生产周期较长,进一步推高了产品成本。