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  碳纖維材料密度低、強(qiáng)度大，機(jī)械性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于建筑工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。木質(zhì)素作為僅次于纖維素的第二大可再生天然高分子材料，在碳纖維領(lǐng)域已得到了越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。然而，由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不均質(zhì)性使得木質(zhì)素基碳纖維材料的力學(xué)性能較差。近日，華中科技大學(xué)余洪波副教授課題組利用Soda制漿結(jié)合連續(xù)膜分離純化獲得的工業(yè)木質(zhì)素，部分替代傳統(tǒng)的化石基聚丙烯腈（PAN）制造碳纖維，有效提高了碳纖維材料的機(jī)械性能，并揭示了木質(zhì)素結(jié)構(gòu)與碳纖維機(jī)械性能的內(nèi)在關(guān)系。

  作者發(fā)現(xiàn)溫和堿法制漿造紙結(jié)合連續(xù)膜分離工藝得到的木質(zhì)素純度較高，且線性β-O-4?醚鍵結(jié)構(gòu)含量較高，而這類木質(zhì)素部分替代聚丙烯腈可以有效提高碳纖維的收率并增強(qiáng)其機(jī)械性能（見Fig. 1）。與常見的工業(yè)木質(zhì)素Kraft lignin相比，Soda lignin具有較低的-OH含量和更線性的聚合物結(jié)構(gòu)，與PAN混溶性較好，因此得到的碳纖維材料缺陷少，且石墨化程度較高。由于纖維原絲氧化預(yù)處理過程容易引起木質(zhì)素中芳環(huán)縮合，使得木質(zhì)素的線性結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。本研究發(fā)現(xiàn)，相比于kraft lignin/PAN預(yù)氧絲，soda lignin/PAN預(yù)氧絲中木質(zhì)素的芳烴結(jié)構(gòu)可以有效保留，使得木質(zhì)素的線性結(jié)構(gòu)未受到明顯破壞，因而提高了碳纖維材料的收率并增強(qiáng)了其機(jī)械性能。該研究表明Soda lignin可以成為生產(chǎn)木質(zhì)素基碳纖維材料的首選原料，對(duì)工業(yè)木質(zhì)素用于碳纖維的增值利用提供了進(jìn)一步的理論指導(dǎo)。

Fig. 1 Soda lignin, a more linear polymer, blended with PAN, could produce more carbon fibers with doubled tensile stress

  相關(guān)研究成果近期作為封面文章（Front cover）發(fā)表在Green Chemistry（Green Chem., 2019, 21, 4981）。論文通信作者為華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院余洪波副教授和楊祥良教授，武漢紡織大學(xué)教師張然博士和華中科技大學(xué)博士后杜青博士為文章共同第一作者。

  論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1039/C9GC01632E