【摘要】：生物質(zhì)資源具有儲量豐富、環(huán)境友好、可再生等優(yōu)點,近年來在生物、醫(yī)藥、食品、化學品等領域受到極大的關注。其中,半纖維素是第二豐富的植物生物質(zhì)類多糖化合物,其結(jié)構(gòu)復雜、種類繁多。半纖維素中官能團豐富、反應活性強,在食品包裝、廢水處理、紙頁增強、藥物緩釋等方面顯示了廣闊的應用前景。雖然羧甲基半纖維素已經(jīng)被證明在紙頁增強劑方面具良好的效果,但半纖維素組分復雜,不同半纖維素組分羧甲基化對紙頁力學性能的影響仍然是不清楚。因此,揭示半纖維素組分對紙頁的增強效果有助于更好地利用半纖維素。同時,羧甲基半纖維素較低的分子量也限制了其在功能膜材料中的應用。本論文針對半纖維素組分差異性及影響問題,系統(tǒng)研究了不同組分對羧甲基化學改性及對二次纖維紙頁增強效果的影響與機制;在此基礎上,研究了半纖維素碳量子點的制備與理化性能,并探討了碳量子點對羧甲基半纖維素膜的增強性能。研究內(nèi)容如下:1.通過堿-乙醇分級沉淀方法從玉米芯中分離出四種半纖維素組分,分別研究了四種組分的理化結(jié)構(gòu)對羧甲基化學改性的影響和對二次纖維紙頁的增強效果。實驗結(jié)果表明,支鏈更少的半纖維素組分在乙醇溶液中溶解性更低。15%乙醇沉淀的半纖維素組分HC_(15%)的支鏈結(jié)構(gòu)少,很難進行羧甲基化改性;而高濃度75%乙醇沉淀的半纖維素組分HC_(75%)由于支鏈結(jié)構(gòu)較多,更易發(fā)生羧甲基化。30%乙醇沉淀出的半纖維素組分具有較少的支鏈,且分子量最大,當被羧甲基改性后,對紙頁強度的增強效果最明顯,僅1%含量即可使紙頁的抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和抗張能量吸收指數(shù)分別提高27.8%、29.5%和40.6%。2.以半纖維素為原材料,提出一種簡單、高效的熒光碳量子點的制備方法(水熱焦堿性氧化分解法)。與目前從生物質(zhì)水熱懸浮液得到碳量子點的低得率方法不同,該方法可將大量的水熱焦高效、高得率轉(zhuǎn)變?yōu)樘剂孔狱c,得率可達42.5%(基于生物質(zhì))和99.0%(基于水熱焦)。碳量子點的理化性能可通過反應溫度來調(diào)節(jié),其中熒光量子效率高達16.6%。研究表明量子效率與碳量子點表面官能團和碳核中共軛π域有關。此外,所制備的碳量子點溶液熒光夠被Cu~(2+)特異性猝滅,且在0-30μmol L~(-1)成線性關系,檢測限為85 nmol L~(-1)。因此,碳量子點能夠做為Cu~(2+)的納米熒光探針。3.以羧甲基化半纖維素為基體、聚乙烯醇和半纖維素碳量子點為添加劑,通過溶液澆鑄成膜法制備了具有優(yōu)異紫外光屏蔽功能的綠色、可降解復合膜,并探討了碳量子點對復合膜的紫外光屏蔽效果以及機械性能的影響。結(jié)果表明,碳量子點在復合膜中均勻分散,與半纖維素發(fā)生化學反應形成穩(wěn)定的化學鍵,有效提高了半纖維素/聚乙烯醇復合膜的機械性能。當碳量子點含量為1.92%時,抗張強度和彈性模量分別提高了114.3%和90.7%,而斷裂伸長率則沒有明顯的變化。此外,碳量子點在復合膜中仍然具有明顯的熒光特性,具有典型的激發(fā)與發(fā)射光譜,能夠有效吸收紫外光,并轉(zhuǎn)化成藍綠光,且隨著碳量子點含量增加,轉(zhuǎn)化效果增強。此外,制備的復合膜具有良好的透明性好。因此,該復合膜有望用于農(nóng)業(yè)與食品領域中。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q77
【圖文】：

部分半纖維素還含有糖醛酸如半乳糖醛酸和葡糖醛酸等，部分糖及糖醛酸結(jié)構(gòu)如圖1-1 所示。按照含有的主要單糖不同，半纖維素被分為四種類型，分別是木聚糖、甘露聚糖、β -葡聚糖和木糖葡聚糖[10]。圖 1-1 半纖維素中主要單糖及糖醛酸結(jié)構(gòu)式Fig.1-1 The structure of mainly monosaccharide in hemicellulose.1.2.1.1 木聚糖類半纖維素木聚糖是最常見的半纖維素。根據(jù)不同植物中提取的結(jié)構(gòu)不同，木聚糖可分為均聚木聚糖和雜化木聚糖。藻類植物的木聚糖是一種均聚高分子，它是木糖通過β -（1-3）糖甘鍵或β -（1-3,1-4）糖甘鍵按一定順序連接而成的高分子[11]。而從雙子葉植物（如黃麻、樹皮等）提取的葡萄糖醛酸木聚糖是在主鏈木糖單元的二號位上接枝了 4-O-甲基-α -D-葡萄糖醛酸，形成的帶有支鏈的高分子，稱為雜聚木聚糖。雜聚木聚糖如（阿拉伯）葡糖醛酸木聚糖（AGX）是甲基葡萄糖醛酸和α -L-阿拉伯糖連接在β -（1-4）-D-吡喃木糖骨架 2 號位 C 上而形成的聚糖，它是草類和谷物類細胞壁中半纖維素的主要成分。另外一些由幾種單糖連接的木聚糖類型的結(jié)構(gòu)則更為復雜。木聚糖在雙子葉植物中（硬木和草本植物）占生物質(zhì)的 20-30%，在一些禾本植物和谷物中含量甚至高達 50%。木聚糖豐富的含量使其在制備可持續(xù)的綠色的生物高分子材料的研究中受到廣泛關注。木聚糖的結(jié)構(gòu)特點不同，其功能與應用也不一樣。如小麥粉中提取的木聚糖可用于食品領域，作為面包的添加劑；還可以用來制作食品中的可食性復合膜[12]，?

第一章 緒論Ⅱ型阿拉伯半乳聚糖的結(jié)構(gòu)，α -呋喃阿拉伯糖作為中間取代基團以單糖、二糖或三糖形式分別連接或者同時連接在 O2、O3 位上，如圖 1-2 所示[23]。由于 AGs 具有分子量小、分子量分布窄以及溶液粘度低等特點，使其在蛋白質(zhì)分離、藥物載體等方面具有很大應用潛力。

另外，堿性過氧化氫體系不會影響半纖維素的整體結(jié)構(gòu)。Sun 等人氧化氫從稻草秸稈中高效分離出了半纖維素。研究認為，堿性溶液中的過氧，產(chǎn)生氧根離子（HOO-）或者羥基自由基（HO），使木質(zhì)素結(jié)構(gòu)發(fā)生氧化，導致木質(zhì)素與半纖維素之間的化學鍵斷裂。這種方法提取的半纖維素組成復雜，不利于其精細化利用[29]。Xu 等人[30]利用不同濃度 NaOH 和 KO淀出水溶性和堿溶性半纖維素組分。結(jié)果表明這些組分中單糖的組成和連量等各不相同。Bian 等人[31]通過 KOH 抽提、梯度乙醇沉淀從檸條中獲得半纖維素，低濃度乙醇沉淀得到的半纖維素支鏈少，分子量高。Guan 等同濃度硫酸銨溶液從竹子中分級提取出多種組半纖維素，流程如圖 1-3 所法目前仍然是半纖維素提取的主流方法，并且隨著研究的深入，方法和體性，半纖維素的提取效率也越來越高。

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 潘海燕;羧甲基纖維素作為紙板生產(chǎn)中濕部助劑的實驗研究[J];國際造紙;2004年06期

本文編號：2799949