Valorization of lignin through an Understanding of the Structure and Properties of Lignin-based Carbon Nanofibres

通过了解木质素基碳纳米纤维的结构和性能来实现木质素的价值

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2017-04150
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2017-01-01 至 2018-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Lignin, the second most abundant biopolymer on earth, has the potential to serve as a low cost and renewable enabling material for a wide variety of value added applications. Of the numerous lignin applications under investigation, lignin-based carbon fibre (micron level LCFs) is one of the most promising products. Lignin has been under investigation for its potential as a carbon fibre (CF) precursor since the 1960's. Since that time a variety of systems have been reported utilizing dry, wet, or melt spinning of different types of lignin and lignin/polymer blends, such as lignin/polyacrylonitrile (PAN). Depending on the species (softwood, hardwood or annual fibre), method of isolation (Kraft, sulphite, soda or other biorefinery process), and fibre processing technology (wet/dry/melt spinning, oxidation, stabilization, carbonization, etc.) various lignin-based precursors and CFs have been produced. However these micron level fibres fail to meet the performance/cost requirements for automotive structural applications. By combining the advantages of nanofibres and lignin it is believed that a new class of low cost hybrid carbon fibre and fibrous assemblies can be developed for structural applications such as automobiles composites and functional applications such as electromagnetic shields. In this program we propose to study the feasibility of producing carbon nanofibre (CNF) from lignin, lignin/polymer blends, and their lignin/nanoparticle reinforcements by the electrospinning process. The morphological, mechanical, electrical, and electromagnetic properties of the lignin-based carbon nanofibres (LCNFs) will be characterized and their potential for various applications will be assessed. The outcome of this program will demonstrate the potential of lignin-based composite CNFs as a unique engineering material, and as a result, it will establish a pathway for adding value to the abundantly available natural polymer, lignin.
木质素是地球上第二大的生物聚合物,有可能作为低成本和可再生的启用材料,可用于各种增值应用。在正在研究的众多木质素应用中,基于木质素的碳纤维(微米级LCF)是最有前途的产品之一。木质素自1960年代以来一直是碳纤维(CF)前体的潜力。自那时以来,据报道,使用了不同类型的木质素和木质素/聚合物混合物(例如木质素/聚丙烯腈(PAN))的干燥,湿或熔体旋转的各种系统。根据物种(软木,硬木或年纤维),隔离方法(牛皮纸,亚硫酸盐,苏打水或其他生物填充过程)以及纤维加工技术(湿/干/熔融旋转,氧化,稳定,碳化,碳化等)已产生各种基于木质素的前体和CFS。但是,这些微米级纤维无法满足汽车结构应用的性能/成本要求。通过结合纳米纤维和木质素的优势,可以认为可以为诸如汽车复合材料和功能性应用(例如电磁盾牌)开发出新的低成本混合碳纤维和纤维组件。在该计划中,我们建议研究通过电纺丝过程中木质素,木质素/聚合物混合物及其木质素/纳米颗粒增强的可行性。将表征基于木质素的碳纳米纤维(LCNF)的形态,机械,电气和电磁特性,并将评估它们对各种应用的潜力。该程序的结果将证明基于木质素的复合CNF作为独特的工程材料的潜力,因此,它将建立一种为丰富可用的天然聚合物木质素增值的途径。

项目成果

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