在煤、石油和天然气等不可再生资源日益枯竭的现状下，充分开发利用可再生资源成为必然趋势。天然纤维素是地球上最丰富的生物质资源，是自然界中分布最广的生物高分子，它存在于各种各样的生物如植物、动物以及一些细菌等中。纳米纤维素晶体(NCC)是从天然纤维中提取出的一种纳米级的纤维素，它不仅具有具有纳米颗粒的特征，还具有一些独特的强度和光学性能，具有广阔的应用前景。

论文分别采用硫酸水解法和酶水解法制备NCC。以漂白阔叶木硫酸盐浆为原料，用硫酸水解法制得NCC，通过X-射线衍射分析(XRD)、颗粒电荷测定仪(PCD)、原子力显微镜(AFM)和偏光显微镜等分析手段，对其形态和光学特性进行了表征，并研究了反应条件对NCC的结晶度、产物得率、表观电荷密度的影响。研究结果表明，反应温度和酸浆比对产物得率有决定性的影响。

用64wt%的硫酸制备的NCC的得率在23.32%-33.56%之间。由AFM观察和X射线衍射分析可知，NCC是横截面尺寸在纳米范围、长径比很大、结晶度很高(能够超过80%)的长棒状晶体。将NCC悬浮液置于钇稳定的氧化锆单晶(100)表面，在自然条件下蒸发，可以得到具有特殊光学性质的膜。在偏振光显微镜下观察发现这种膜能够反射偏振光，且反射光的颜色随着入射光角度的变化而变化。

对酶法制备NCC的工艺条件进行了探索，研究发现使用MCC为底物时，改变酶的种类、用量等均很难得到均匀的NCC悬浮液，NCC的得率很低;当使用漂白针叶木硫酸盐浆作底物时，使用纤维素酶在用量为80000IU/g绝干浆，水解时间4d，pH4.8，温度50℃反应条件下能得到NCC，得率为18.37%，产物表面不带电荷。

分别使用3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHTMAC)和硼酸对NCC进行了阳离子化和阴离子化改性，探索了改性的适宜工艺条件，研究了pH对改性NCC表面电荷密度的影响发现，其表面电荷密度随pH的升高而降低。对改性NCC的理化性质进行了初步的研究看到季铵化改性的NCC产生凝胶现象，并失去了手性液晶相的性质，而硼酸改性的NCC除了表观电荷密度升高外，其他物理化学性质基本上没有变化。对NCC和改性NCC在造纸中的应用进行了探索，发现在一定量的加入量范围内，NCC和改性NCC湿部添加能够提高纸张的抗张强度和撕裂强度。将其单独使用或者是和CPAM、阳离子淀粉等助剂配合使用有利于提高浆料细小组分的留着率，阳离子NCC对滤水速度也有一定的提高。