毛竹半纤维素的提取及其羧甲基化改性研究

白雪纯 陈天影 李 勉 杨武龙 徐伟冬 郑晓阳 张为宏 唐艳军，*

（1.浙江理工大学纺织科学与工程学院制浆造纸研究所，浙江杭州，310018；2.浙江华康药业股份有限公司，浙江衢州，304200；3.焦作市华康糖醇科技有限公司，河南焦作，454150）

随着工业的不断发展，能源紧缺问题逐渐加重，因此可持续发展资源的充分利用极其必要。竹材作为一种有着广阔发展前景的生物质资源，生长迅速，是十分优良的木材替代品[1]，其种植面积可达641.16 万hm2，其中毛竹林面积约467.78 万hm2，占比约72.96%[2]。与木材原料相比，毛竹生长周期短且数量最多[3]。半纤维素是毛竹中含量较高的碳水化合物，仅次于纤维素，可以广泛应用于多种行业，如食品、造纸、医药、能源等[4]。

常见的半纤维素提取方法可分为物理法与化学法。物理法具有环境友好、效率高的优点，但同时存在能耗大、对设备要求高、提取的半纤维素质量较差等问题[5]。化学提取法包含有机溶剂萃取、酸法提取、碱法提取等方法。利用有机溶剂提取半纤维素效果好，但工艺复杂，污染性大；酸法提取操作简单且效率高，但腐蚀性强，易损坏设备[6]；碱法提取半纤维素的工艺相对简单，污染程度较小，然而所提取的半纤维素中有相对含量较高的木质素。有研究表明，碱性过氧化氢法提取半纤维素可以氧化木质素结构[7]，降低木质素含量，同时可减少对半纤维素结构的破坏，该方法提取得到的半纤维素具有分子质量大、热稳定性高等优点[8]。

半纤维素的结构复杂，大分子结构分枝较多，且在水中溶解度较低，其功能化应用具有局限性[9-11]。通过对半纤维素进行改性，可以提高半纤维素的利用率，扩大其应用范围[12]。常见的对半纤维素的改性方法有甲基化、季铵化、羧甲基化改性等[13]。Schwikal 等人[14]对桦木的木聚糖进行季铵化改性，发现木聚糖在水中的溶解性随着取代度的提高而增强。Fang等人[15]对麦草半纤维素进行甲基化改性，有效地改善了半纤维素的热稳定性与水溶性。半纤维素分子链上的羟基发生羧甲基化反应后，可以较为有效地改善半纤维素的理化性质、提高其生物活性[16-18]。Alekhina等人[19]从工业漂白桦木硫酸盐浆中提取了高纯度半纤维素，对其进行羧甲基化改性后制备膜材料，随着取代度的提高，薄膜的亲水性与热稳定性均有所提高。此外，半纤维素改性过程中辅助其他物理手段可进一步提高改性效果。研究表明，超声辅助法可通过声震动传热传质，有效缩短改性时间，提高改性速率[20-22]。

本研究以毛竹为原料，通过碱性过氧化氢法提取半纤维素。利用超声辅助法对半纤维素进行羧甲基化改性，研究了各反应条件对羧甲基半纤维素取代度的影响，利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、凝胶渗透色谱仪（GPC）、热重分析仪（TGA）、Zeta 电位分析仪等对不同取代度的羧甲基半纤维素进行表征，对比了改性前后半纤维素结构及性能的变化，以期为半纤维素在不同领域的功能化应用奠定理论基础。

1 实 验

1.1 实验试剂及原料

毛竹（粉末状）来源于浙江省丽水市遂昌县。甲苯购自湖州双林化学科技有限公司；无水乙醇购自杭州米克化工仪器有限公司；氢氧化钾（KOH）、氢氧化钠（NaOH）和冰醋酸均购自杭州高晶精细化工有限公司；过氧化氢（H2O2，质量分数30%）购自永华化学股份有限公司；氯乙酸（质量分数98%）购自上海麦克林生化科技有限公司；以上药品均为分析纯，未经进一步的纯化处理。实验用水均采用小型去离子水机制备的去离子水。

1.2 实验方法

1.2.1 毛竹原料中半纤维素的提取

毛竹粉末过筛（80～100 目）后，采用苯醇溶液（乙醇∶甲苯=1∶2，体积比）进行抽提，至虹吸管内液体无色，以除去色素与蜡质，在60 ℃下干燥，得到脱蜡竹粉。将10 g 脱蜡竹粉以液固比10∶1～30∶1 加入到质量分数3.0% KOH和质量分数1.8% H2O2的混合溶液中，在温度60 ℃、转速500 r/min 下搅拌6 h，随后过滤，使用去离子水多次冲洗滤饼，将滤液旋蒸浓缩至60 mL，用冰醋酸中和至pH 值为6，加入3 倍滤液体积的质量分数80%乙醇溶液，从而使半纤维素沉淀析出，离心分离，经过冷冻干燥后得到半纤维素。将在液固比为10∶1、15∶1、20∶1、25∶1 和30∶1的条件下提取得到的半纤维素分别命名为H10、H15、H20、H25和H30。毛竹半纤维素得率的计算见式(1)。

式中，m0表示抽提后的毛竹竹粉质量，g；m1表示提取的半纤维素质量，g。

1.2.2 毛竹原料组分及提取半纤维素中的单糖分析

采用美国国家可再生能源实验室（NREL）的方法[23]对毛竹各组分含量进行测定，包含纤维素、半纤维素、木质素、水分与灰分。利用高效液相色谱仪（HPLC， Shimadzu LC-20AT，日本岛津）对半纤维素的单糖组分进行分析。该仪器配有Aminex HPX-87H柱和示差折光检测器，分析所用标准样品为D-木糖、D-葡萄糖、L-阿拉伯糖，流动相为5 mmol/L H2SO4，流速0.6 mL/min。

1.2.3 羧甲基半纤维素的制备

将0.3 g半纤维素（H20，取代度（DS）=0）、6 mL质量分数85%乙醇溶液、一定量的NaOH（混合溶液中其物质的量浓度为0.4～2.0 mol/L）与一定量的氯乙酸（混合溶液中其物质的量浓度为0.4～1.2 mol/L）依次加入10 mL 烧杯中。具体步骤如下：将半纤维素H20与一部分NaOH 加入到质量分数85%乙醇溶液中，在30～70 ℃下，于80 W 的功率下超声10～130 min 后，调节温度为40～80 ℃，加入氯乙酸作为醚化剂继续反应。待醚化反应30 min 后，加入剩余部分的NaOH 进行二次碱化反应60～180 min。待反应结束后，过滤，使用无水乙醇洗涤滤饼直至滤液pH 值为中性，通过冷冻干燥机对滤饼行冷冻干燥，从而得到不同DS 的羧甲基半纤维素。图1为毛竹半纤维素的提取及其羧甲基化改性流程图。

图1 毛竹半纤维素的提取及其羧甲基化改性的流程示意图Fig.1 Schematic diagram of extraction and carboxymethylation of hemicelluloses from moso bamboo

1.2.4 羧甲基半纤维素DS的测定

利用酸度计法对羧甲基半纤维素的DS 进行测定[24]。将0.02 g 羧甲基半纤维素溶解到20 mL 去离子水中。通过0.1 mol/L 的H2SO4溶液与0.1 mol/L 的NaOH 溶液将羧甲基半纤维素样品pH 值调节至8，再用0.1 mol/L的H2SO4标准溶液滴定pH值至3.74。羧甲基半纤维素DS的计算见式(2)和式(3)。

式中，M表示H2SO4的标准浓度，mol/L；V表示滴定所消耗的H2SO4标准溶液的体积，mL；m表示羧甲基半纤维素样品的质量，g；B表示滴定羧甲基半纤维素所消耗的H2SO4的用量，mmol/g。

1.2.5 相对分子质量测定

使用凝胶渗透色谱仪（GPC，PL-GPC220，美国Agilent）对改性前后半纤维素的相对分子质量进行测定，检测器为示差折光检测器，流速1 mL/min，柱温30 ℃，流动相为pH 值=7 的缓冲溶液（由0.2 mol/L NaNO3与0.01 mol/L NaH2PO4配制而成）。选取具有一定DS 梯度的羧甲基半纤维素进行测试，DS 分别为0.17、0.33、0.46、0.59。

1.2.6 红外光谱分析

将半纤维素及DS为0.17、0.33、0.46和0.59的羧甲基半纤维素分别与溴化钾（KBr）以质量比1∶100的比例加入到玛瑙研钵中，在红外灯下研磨，加压制备透明薄片。利用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR，Nicolet is50，美国Thermo Fisher）对半纤维素及羧甲基半纤维素进行检测，扫描波数为500～4000 cm-1，扫描分辨率为4 cm-1。

1.2.7 热稳定性分析

利用热重分析质谱仪（TGA/DSC2，瑞士Mettler Toledo）对半纤维素及DS 为0.17、0.33、0.46 和0.59的羧甲基半纤维素进行TGA 分析，以氮气作为保护气体，升温速率为10 ℃/min，温度为40～700 ℃。

1.2.8 Zeta电位分析

分别将半纤维素H20及DS 为0.17、0.33、0.46 和0.59的羧甲基半纤维素溶于去离子水中，配制成质量分数为0.2%的溶液，调节pH值为8。利用Zeta电位分析仪（Brookhaven PLAS，美国Brookhaven）在25 ℃下进行测试，测试3次取平均值。

1.2.9 表面形貌分析

用导电胶将半纤维素H20与DS为0.59的羧甲基半纤维素粘贴在样品台上，经喷金处理后，通过场发射扫描电子显微镜（FESEM，GeminiSEM500，德国Carl Zeiss AG）观察改性前后半纤维素的微观结构。

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2 结果与讨论

2.1 毛竹原料组分分析

表1 为毛竹原料组分的分析结果。由表1 可知，毛竹主要由纤维素、半纤维素、木质素组成。其中纤维素占比为38.37%，占比最多；木质素占比约27.11%；半纤维素占毛竹原料的16.88%，含量略低于纤维素与半纤维素。除此之外，毛竹中水分与灰分含量分别为11.71%与2.10%。

表1 毛竹原料组分Table 1 Compositional of moso bamboo %

2.2 半纤维素提取

液固比是影响半纤维素得率的重要因素，表2 分析了液固比对半纤维素提取的影响。由表2可知，随着液固比的增大，半纤维素的得率、木糖和阿拉伯糖含量均表现出先上升后下降的趋势，这是由于当液固比过小时，半纤维素在KOH 溶液中溶解较少。当液固比为10∶1时，半纤维素H10得率仅为9.35%。随着液固比逐渐增大，毛竹细胞壁得以充分润胀，竹粉与KOH溶液反应充分。当液固为比20∶1时，半纤维素H20得率最高，达18.00%。然而随着液固比的继续增大，半纤维素与KOH 反应加剧，半纤维素解聚增加，分子质量较小部分不足以通过乙醇溶液（质量分数80%）沉淀析出。从表2 中还可以看出，随着液固比的增大，葡萄糖含量有降低的趋势，这可能是由于在反应过程中葡萄糖被降解，含量下降[25]。在液固比为20∶1 时，木糖含量与半纤维素得率最高，且葡萄糖含量最低，为15.20%，因此选择其为最佳的半纤维素提取条件。

表2 液固比对半纤维素提取的影响Table 2 Effect of liquid to solid ratio on the hemicelluloses extraction

2.3 羧甲基纤维化对DS的影响

为了更好地利用提取的半纤维素组分，本研究对半纤维素进行羧甲基化改性以提高半纤维素的亲水性。研究羧甲基改性工艺，如NaOH 浓度、氯乙酸浓度、碱化时间及温度、醚化时间及温度，对羧甲基半纤维素DS的影响，并确定最佳的反应条件。

2.3.1 NaOH物质的量浓度

在氯乙酸物质的量浓度为0.6 mol/L，碱化时间及温度分别为40 min、30 ℃，醚化时间及温度分别为120 min、70 ℃的条件下，研究NaOH物质的量浓度对半纤维素改性效果的影响，结果如图2所示。从图2可以看出，当NaOH 物质的量浓度为0.4～1.2 mol/L 时，随着浓度的升高，羧甲基半纤维素DS由0.29明显提高至0.59。在此浓度泛围内，NaOH浓度增加，半纤维素分子链上的羟基碱化成氧负离子，亲核性增大，促进了醚化反应的进行。而当NaOH 物质的量浓度由1.2 mol/L升至2.0 mol/L时，羧甲基半纤维素DS由0.59下降至0.40，这可能是由于NaOH 浓度过高，副反应发生，羧甲基半纤维素的DS下降[26]。Peng等人[24]通过微波辅助法对小麦秸秆半纤维素进行羧甲基化改性，发现浓度过高的碱溶液与微波辐射均会导致半纤维素发生部分降解，导致DS随着NaOH浓度提高呈现先上升后下降的趋势。因此，NaOH 物质的量浓度为1.2 mol/L时，半纤维素H20的DS最高。

图2 NaOH物质的量浓度对DS的影响Fig.2 Effect of amount of NaOH on degree of substitution

2.3.2 氯乙酸物质的量浓度

在NaOH物质的量浓度为1.2 mol/L，碱化时间及温度分别为40 min、30 ℃，醚化时间及温度分别为120 min、70 ℃的条件下，研究氯乙酸浓度对半纤维素改性效果的影响，结果如图3所示。从图3可以看出，当氯乙酸物质的量浓度由0.4 mol/L提高至0.6 mol/L时，随着醚化剂浓度的增加，醚化反应更加充分，DS 由0.55升至0.59。然而当氯乙酸物质的量浓度由0.6 mol/L提升至1.2 mol/L时，DS从0.59降低至0.17。这是由于氯乙酸浓度进一步增加，会与NaOH过度中和，反应体系pH值降低，不能提供亲核取代反应所需要的碱性条件。因此，氯乙酸物质的量浓度设置在0.6 mol/L较为适宜。

图3 氯乙酸物质的量浓度对DS的影响Fig.3 Effect of concentration of chloroacetic acid on degree of substitution

在NaOH物质的量浓度为1.2 mol/L，氯乙酸物质的量浓度为0.6 mol/L，碱化温度为30 ℃，醚化时间及温度分别为120 min、70 ℃的实验条件下，讨论了碱化时间对DS 的影响，结果如图4 所示。从图4 可以看出，当碱化时间由10 min 延长至40 min 时，DS 随之升高，由0.56 升至0.59，这可能是由于碱化时间延长，半纤维素在碱性环境下充分润胀，提高了反应效率。然而，碱化时间过长，半纤维素的结构会被破坏，影响羧甲基化反应的效果，当碱化时间由40 min延长至130 min 时，DS 逐渐下降至0.39。因此，碱化时间为40 min时碱化效果最佳。

图4 碱化时间对DS的影响Fig.4 Effect of alkalization time on degree of substitution

2.3.4 醚化时间

在NaOH物质的量浓度为1.2 mol/L，氯乙酸物质的量浓度为0.6 mol/L，碱化时间及温度分别为40 min、30 ℃，醚化温度为70 ℃的条件下，研究醚化时间对DS的影响，结果如图5所示。从图5可以看出，当醚化时间由90 min 延长至120 min 时，DS 由0.56提高至0.59，这是由于随着醚化时间的延长，半纤维素分子链上的氧负离子与氯乙酸发生的亲核取代反应更充分，DS 升高[27]。当醚化时间进一步增加，由120 min增至210 min 时，半纤维素降解程度加强，影响了醚化反应效率，DS 由0.59 降至0.41。因此，醚化时间为120 min时，半纤维素的羧甲基化改性效果最好。

图5 醚化时间对DS的影响Fig.5 Effect of etherification time on degree of substitution

2.3.5 碱化温度

在NaOH物质的量浓度为1.2 mol/L，氯乙酸物质的量浓度为0.6 mol/L，碱化时间为40 min，醚化时间及温度分别为120 min、70 ℃的条件下，研究碱化温度对DS的影响，结果如图6所示。从图6可以看出，当碱化温度由30 ℃提高至50 ℃时，DS 由0.59 下降至0.44，说明高温不仅会破坏半纤维素的结构，也不利于半纤维素对碱的吸附，影响醚化反应效率，从而导致半纤维素的DS降低。当碱化温度由50 ℃升至70 ℃时，DS 无显著变化。因此，碱化温度在30 ℃时，碱化效果最好。

图6 碱化温度对DS的影响Fig.6 Effect of alkalization temperature on degree of substitution

2.3.6 醚化温度

在NaOH物质的量浓度为1.2 mol/L，氯乙酸物质的量浓度为0.6 mol/L，碱化时间及温度分别为40 min、30 ℃，醚化时间为120 min的条件下，讨论醚化温度对羧甲基半纤维素DS的影响，结果如图7所示。从图7可以看出，当醚化温度由40 ℃升至70 ℃，反应物活性增强，亲核反应效率进一步提高，羧甲基半纤维素的DS随着醚化温度的提高而升高，由0.46提高至0.59。当温度继续升高至80 ℃，半纤维素在高温下降解加剧的同时，副反应的影响进一步扩大，DS降低至0.51。由此可知，醚化温度为70 ℃，最有利于醚化反应的进行。

图7 醚化温度对取代度的影响Fig.7 Effect of etherification temperature on degree of substitution

综上所述，半纤维素羧甲基化的最适宜反应条件为：NaOH 物质的量浓度1.2 mol/L、氯乙酸物质的量浓度0.6 mol/L、碱化时间40 min、醚化时间150 min、碱化温度30 ℃、醚化温度70 ℃。在此工艺条件下改性羧甲基化半纤维素的DS达0.59。

2.4 改性前后半纤维素分析

2.4.1 相对分子质量

不同改性条件下，改性前后半纤维素相对分子质量的变化如表3 所示。在改性过程中，由于NaOH 的存在，半纤维素在羧甲基化改性的同时存在一定的降解反应，因此数均相对分子质量（Mn）、质均相对分子质量（Mw）和多分散系数（PDI）与半纤维素的改性程度及工艺条件密切相关。由表3可知，半纤维素H20（DS=0）的Mn、Mw分别为15790、37240，PDI 为2.36。在最佳半纤维素羧甲基化改性条件下，半纤维素的DS 为0.59，Mn、Mw分别为17620、44690，与半纤维素H20相比，相对分子质量显著增加。Alekhina等人[19]在对羧甲基化改性前后木聚糖的研究中也有同样的发现，这是由于半纤维素醚化接上羧甲基基团所带来的分子质量增加[28]。当氯乙酸物质的量浓度提高至1.2 mol/L 时，羧甲基半纤维素DS 为0.17，改性程度较低，Mn、Mw分别为18970、39650，相对分子质量有略微增加，这可能是由于其醚化剂浓度相对较高，羧甲基化反应所需的碱性环境在一定程度上被中和[26]，不利于半纤维素的羧甲基化改性，这与2.3.2中探究氯乙酸物质的量浓度对DS 的影响结果相呼应。当NaOH 物质的量浓度为0.8 mol/L 时DS为0.33，此时半纤维素的降解程度较小，Mn、Mw分别为19720、42840，相对分子质量相对较高，PDI为2.17，相对分子质量分布相对均一。当碱化时间延长至70 min 时，羧甲基半纤维素的DS 为0.46，其相对分子质量（Mn、Mw分别为16410、38050）低于DS=0.59羧甲基半纤维素的相对分子质量，这可能是由于碱化时间的延长导致半纤维素在改性过程中降解加剧，从而使相对分子质量降低；其PDI降低，说明相对分子质量的均一性增强，这也说明了半纤维素整体发生了较强程度的降解。

表3 改性前后半纤维素组分的Mn与MwTable 3 Mn and Mw of hemicellulose H20 and carboxymethylated hemicellulose

2.4.2 化学结构

羧甲基化改性前后半纤维素的FT-IR谱图如图8所示。从图8 可以看出，半纤维素H20在3582 cm-1处为—OH 的伸缩振动峰，经过羧甲基改性后—OH 与—COOH 再次结合，因此吸收峰偏移至3467 cm-1处。2911 cm-1处是C—H的伸缩振动峰，C—C与C= = O的特征吸收峰分别出现在1414 cm-1与1611 cm-1处，C—O—C的伸缩振动峰出现在1315 cm-1处，经过改性后，这些吸收峰的信号增强，说明羧基成功接枝到半纤维素上。对比改性前后的半纤维素可以发现，半纤维素H20在1050 cm-1处的吸收峰在改性后分成了在1102 cm-1与1047 cm-1处的2个亚峰[29]，这可能是由于半纤维素上的羟基脱氢接枝羧甲基，进一步说明了半纤维素H20发生了羧甲基化反应。

图8 半纤维素H20与羧甲基半纤维素的FT-IR谱图Fig.8 FT-IR spectra of hemicelluloses H20 and carboxymethyl hemicellulose

2.4.3 热稳定性

半纤维素H20与羧甲基半纤维素的热稳定性如图9所示。从图9可以看出，改性前后半纤维素的降解主要分为3个阶段。第一阶段：当温度低于100 ℃时，这一阶段样品5%～10%的质量损失主要是由于水分的脱除。第二阶段：当温度为200～300 ℃时，样品的质量损失最大，当温度达到300 ℃时，改性前后半纤维素的质量损失分别为50%（DS=0）、46%（DS=0.33）、35%（DS=0.59），羧甲基半纤维素的降解程度均低于半纤维素H20。同时，半纤维素H20在257 ℃达到最大降解温度，而当羧甲基半纤维素取代度分别为0.33、0.59时，最大降解温度分别为290、299 ℃，均高于半纤维素H20。说明半纤维素的热稳定性随着羧甲基化改性程度的增强而提高。第三阶段：温度为300～700 ℃时，样品的质量损失趋于平缓，改性前后半纤维素的残余质量分别为37% （DS=0）、38% （DS=0.33）、40% （DS=0.59），这可能是由于半纤维素经过羧甲基化改性后碳原子含量增加，再次说明羧甲基化改性有助于提升半纤维素的热稳定性[30]。

图9 半纤维素H20与羧甲基半纤维素的热稳定性分析Fig.9 TG and DTG curves of hemicellulose H20 and carboxymethyl hemicellulose

2.4.4 Zeta电位与溶解度

半纤维素H20及羧甲基半纤维素在水中的溶解性如图10 所示。从图10 可以看出，毛竹中提取的半纤维素H20在水中的溶解性较差，随着半纤维素羧甲基化改性程度的提高，其溶解性有所改善。当DS 为0.46与0.59时，羧甲基半纤维素完全溶解，溶液澄清透明，进一步说明了经过改性后半纤维素的亲水性得到了提升，赵玉双[12]对羧甲基化改性前后半纤维素的溶解度变化的探究也印证了这一点。图11 分析了羧甲基半纤维素取代度对Zeta 电位的影响。如图11 所示，Zeta电位的绝对值随着羧甲基半纤维素取代度的提高而增大。半纤维素H20的Zeta 电位绝对值为9.98 mV；而DS=0.59 时，羧甲基半纤维素的电位绝对值为38.00 mV。羧甲基半纤维素的电负性随着其取代度的提高而增强，分子间的静电排斥增强，因此改性后半纤维素具有更好的稳定性与亲水性[31]。

图10 半纤维素H20及羧甲基半纤维素在水中的溶解性Fig.10 Solubility of hemicellulose H20 and carboxymethyl hemicellulose

图11 羧甲基半纤维素取代度对Zeta电位的影响Fig.11 Effect of carboxymethyl hemicellulose substitution degree on Zeta potential

2.4.5 表面形貌

改性前后半纤维素的FESEM 图如图12 所示。从图12可以看出，半纤维素H20表面形貌较为粗糙，多呈现出颗粒状，且颗粒间有一定的孔隙（图12(a)）。经过羧甲基化改性后，半纤维素颗粒形态被破坏，交联更为致密，片状结构更加明显，表面情况更为复杂（图12(b)）。说明半纤维素经过改性后分子结构发生了变化，一方面羧基的引入使分子间交联更加紧密；另一方面改性后半纤维素的微观分布较为均匀，表面出现平整的片状结构。这可能是由于半纤维素离子强度与极性增大[18]，这种表面结构上的变化也进一步证明了羧甲基化改性有利于提高半纤维素溶解性。

图12 半纤维素H20和羧甲基半纤维素的FESEM图Fig.12 FESEM images of hemicellulose H20 and carboxymethyl hemicellulose

3 结 论

本研究以碱性过氧化氢法制备的毛竹半纤维素为原料，通过超声辅助法对其进行羧甲基化改性。探讨了NaOH 浓度、氯乙酸浓度、反应时间及温度对羧甲基半纤维素取代度的影响，并通过多种分析方法对不同取代度的羧甲基半纤维素进行表征。

3.1 毛竹半纤维素碱性过氧化氢法提取的适宜条件为：液固比20∶1 （KOH 溶液质量分数为3.0%、H2O2溶液质量分数为1.8%）、反应温度60 ℃、反应时间6 h。

3.2 在本研究的实验条件设置下，半纤维素羧甲基化改性的最佳反应条件是：NaOH 物质的量浓度为1.2 mol/L，氯乙酸物质的量浓度为0.6 mol/L，碱化时间及温度分别为为40 min、30 ℃，醚化时间及温度分别为150 min、70 ℃。

3.3 热稳定性分析结果显示，随着羧甲基半纤维素取代度的提高，改性前后的半纤维素最大降解温度由257 ℃提升至300 ℃，说明羧甲基化改性有助于提升半纤维素的热稳定性。

3.4 溶解性分析结果显示，毛竹中提取的半纤维素在水中的溶解性较低，随着羧甲基化改性程度的提高，羧甲基半纤维素在水中的溶解性有了较为明显的改善。

3.5 Zeta 电位分析结果表明，随着羧甲基半纤维素取代度的提高，Zeta 电位的绝对值越高，由9.98 mV提升至38.00 mV（DS=0.59）。