【摘要】：本研究針對目前研究中機械處理或酸水解結(jié)合制備納米纖維素(cellulose nanofibrils,CNF),存在產(chǎn)率低、制備時間長、耗能大以及環(huán)境污染大等問題,采用酶處理法與超聲空化技術相結(jié)合,先通過酶預處理,使纖維素分子鏈發(fā)生部分斷裂,進一步在超聲波空化作用下解離出納米尺度的纖維素,實現(xiàn)了納米纖維素的綠色、高效制備。再將酶法納米纖維素通過高碘酸鈉的高度特異性氧化,制備2,3-二醛基納米纖維素(dialdehyde-based cellulose nanofibrils,DNF),為后續(xù)接枝氨基提供了活性位點。另外一方面,采用碳基材料作為發(fā)光源制備發(fā)光膜,以殼聚糖為碳源通過水熱法制備碳點(carbondots,CDs),鑒于雙醛基納米纖微素的醛基與明膠的氨基交聯(lián)構(gòu)筑基于席夫堿鍵的高強度熒光復合膜。論文的主要內(nèi)容與結(jié)果如下:(1)采用纖維素酶預處理輔助超聲空化作用方法,在溫和條件下,制備得到以纖維素納米纖維(CNF)為主的納米纖維素。通過探究酶用量、酶解溫度、酶解時間、超聲時間等因素,得到納米纖維素的最佳制備條件:在酶用量8%(纖維素酶與竹漿纖維的質(zhì)量比)、酶解溫度50℃、酶解時間10h、超聲時間6h的條件下制備的納米纖維素得率高達62.6%。(2)制備得到的CNF直徑約為2-24nm,長度約為50-450nm。由XRD結(jié)果可知制備的納米纖維素仍屬于纖維素Ⅰ型,CNF結(jié)晶度為73%,說明纖維素酶預處理輔助超聲空化作用下,纖維素的酶解過程在溫和條件下進行,對結(jié)晶區(qū)的破壞力度低。熱重分析表明,納米纖維素在700℃后仍有高達15.3%的殘余率,其對耐熱性要求較高的生物復合材料領域具有潛在應用。(3)通過高碘酸鈉的高度特異性氧化制備雙醛基納米纖維素(DNF),在m高碘酸鈉:m納米纖維素=2:1、反應時間12h、氧化溫度45℃的條件下,DNF的醛基含量5.326mmol/g,即氧化度42.6%。(4)水熱法合成殼聚糖碳點,在水熱溫度200℃、水熱時間9h、殼聚糖溶解濃度2%的條件下,碳點的量子產(chǎn)率為32.86%。對金屬離子的選擇性研究表明,碳點對Fe3+感應最靈敏。(5)對基于席夫堿鍵的DNF/明膠/CDs熒光復合膜進行研究,結(jié)果表明:當DNF添加量為1%時(DNF與明膠的質(zhì)量比),拉伸強度高達70.5MPa,較未添加DNF的熒光膜(拉伸強度為35.1MPa)提升2倍。且熒光復合膜表現(xiàn)出良好的熒光穩(wěn)定性,并對一定濃度范圍內(nèi)的Fe3+(0-150μM)的熒光猝滅效率呈線性響應。
【學位授予單位】：福建農(nóng)林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O636.11;TB383.2
【圖文】：

１．１．１酶解法制備納米纖維素逡逑纖維素酶法水解是利用纖維素酶的反應專一性，選擇性酶解纖維素的非晶區(qū)逡逑以及有缺陷的結(jié)晶區(qū)，最終獲得納米纖維素［２１］，酶解處理過程如圖１－１所示。在逡逑此過程中，可能發(fā)生表面腐蝕、剝離、纖維化和切割［２２］，從而降低纖維素分子的逡逑聚合度。酶解法為低能耗的綠色過程，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量及純度，還可以逡逑減少化學品用量，通過設計合理的酶解制備納米纖維素工藝，可以實現(xiàn)環(huán)境零污逡逑染或低污染，再加上酶解反應在溫和條件下進行，可獲得性能良好的纖維素納米逡逑纖產(chǎn)物。而且酶本身為可再生物質(zhì)，這對于高效利用可再生資源及保護環(huán)境具有逡逑重要意義。逡逑Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ邋ｆｉｂｅｒ邋ｉｎ邋ｅｎｚ）Ｔｎｃ邋ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ逡逑Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ邋ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑圖１－１酶預處理過程的示意圖以及ＣＮＦ通過酶預處理和研磨制備的ＴＥＭ圖像，？纖維素纖維逡逑在酶解液中的形態(tài)和結(jié)構(gòu)饃式［２３］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｅｎｚｙｍａｔｉｃ邋ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ邋ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ＴＥＭ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ逡逑ＣＮＦ邋ｂｙ邋ｅｎｚｙｍａｔｉｃ邋ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｇｒｉｎｄｉｎｇ．邋Ｔｈｅ邋ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ邋ａｎｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｓｃｈｅｍａｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ逡逑ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ邋ｆｉｂｅｒｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｅｎｚｙｍａｔｉｃ邋ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋［２３］逡逑Ｈａｙａｓｈｉ等用纖維素酶水解兩種晶型的纖維素ｌａ和Ｉｐ，發(fā)現(xiàn)纖維素ｌａ纖逡逑維素優(yōu)先被木霉纖維素酶水解

１．１．２機械法制備納米纖維素逡逑納米纖維素可以通過機械方法從木質(zhì)纖維素中分解纖維素而獲得［２８］，通過逡逑不同機械方法分離的納米纖維素的掃描電鏡圖如圖１－２所示［２９］。陳文帥等［３（）１利用逡逑超聲波植物細胞粉碎機的高強度超聲波空化作用（超聲功率１２００Ｗ），制備得到了逡逑尺寸分布均勻的高長徑比、網(wǎng)狀纏結(jié)的楊木木粉纖維素納米纖絲，證明高強度超逡逑聲波處理有利于促進纖維素纖絲化。Ｔａｎｇ等［３１］和Ｌｕ等［３２］均采取催化劑結(jié)合超逡逑聲處理，分別選取離子交換樹脂和氯化鐵作為催化劑，獲得的棒狀納米纖維素逡逑和巨菌草納米纖維素，產(chǎn)物均表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，進一步說明超聲波活化作用逡逑在納米纖維素的制備過程中發(fā)揮較大的作用。超聲波對由２，２，６，６－四甲基哌啶－１－逡逑氧基（ＴＥＭＰＯ）氧化的漂白硬木牛皮紙漿制備的納米纖維素性質(zhì)具有顯著影響，超逡逑＿＿逡逑ｗ：ｔ－逡逑圖１－２纖維素的ＳＥＭ圖：（Ａ）微晶纖維素（ＭＣＣ）；邋（Ｂ）在８０ＭＰａ下通過２０次均化的ＭＦＣ；邋（Ｃ）逡逑在ｌＯＯＯＭＰａ下通過５次微流化的ＭＦＣ；邋（Ｄ）通過９次微研磨的ＭＦＣ；邋（Ｅ）在ＰＦＩ研磨機中進行低逡逑溫沖洗和處理后的漂白紙漿；（Ｆ）超聲波衍生的納米纖}贗義希疲椋紓澹保插澹櫻牛灣澹恚椋悖潁錚紓潁幔穡瑁簀澹錚駑澹ǎ粒╁澹恚椋悖潁錚悖潁螅簦幔歟歟椋睿邋澹悖澹歟歟酰歟錚螅邋澹ǎ停茫茫�，邋（n╁澹停疲緬澹猓澹瑁錚恚錚紓澹睿椋幔簦椋錚鑠義希簦瑁潁錚酰紓楨澹玻板澹穡幔螅螅澹簀澹幔翦澹福板澹停校

本文編號：2753448