壳聚糖基无机纳米杂化材料的构建与性能

发布时间：2018-12-12 22:37

【摘要】：壳聚糖是天然可再生的聚合物,主要从废弃的虾蟹壳中提炼而来,具有良好的广谱抗菌性和优异的生物相容性。发展壳聚糖基无机材料能使材料兼具无机物质与壳聚糖的优异性能,拓展了壳聚糖实际应用领域。本论文建立以无机纳米材料为掺杂的壳聚糖基功能材料的新技术和新方法,拓展了壳聚糖在抗菌材料、催化材料、导电材料、药物载体等领域的应用,开展了以下工作:1.壳聚糖季铵盐的合成及其绿色制备纳米金微波辐射条件下,在水相中快速制备了水溶性好、正电荷密度更高的壳聚糖衍生物-----壳聚糖季铵盐,探讨各种工艺条件对壳聚糖季铵盐取代度的影响,获得了最优的合成条件;当微波温度为90°C、功率为1000 W、微波时间60 min、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与壳聚糖摩尔比为5:1、p H值为10、异丙醇和水的体积比为1:2时,季铵基团的取代度最高为90.2%。然后,在不加任何其他化学试剂的条件下,以壳聚糖季铵盐为还原剂和稳定剂,绿色制备了分散稳定的纳米金粒子。2.壳聚糖季铵盐/累托石/纳米银复合材料的制备及其对对硝基苯酚的催化还原以壳聚糖季铵盐和累托石为还原剂和稳定剂,绿色还原出纳米银,得到壳聚糖季铵盐/累托石/纳米银(QCRAg)复合材料。结果表明,壳聚糖季铵盐分子链上的季铵基团有还原能力,而壳聚糖季铵盐的大分子链能包裹在纳米银粒子的周围起到稳定作用;且在制备纳米银的同时,累托石被完全剥离,剥离的累托石片层又成为纳米银的生长模板。因此,累托石的含量和壳聚糖季铵盐中季铵基团取代度都对Ag NPs的生成量有重要的影响。当壳聚糖季铵盐、累托石和硝酸银用量比为100 mg:10 mg:2 mmol时,银含量最大达到2.73%。然后,将QCRAg复合材料制备成薄膜,用于催化对硝基苯酚。研究表明,此催化膜催化活化能为29.76 KJ mol-1,且催化十次之后依旧能保持90%以上的高催化效率。3.羧甲基壳聚糖季铵盐/有机蒙脱土/纳米银复合抗菌纸的制备与性能以羧甲基壳聚糖季铵盐和蒙脱土为还原剂和稳定剂,绿色还原出纳米银颗粒,得到羧甲基壳聚糖季铵盐/有机蒙脱土/纳米银(QAOM)复合材料,然后将QAOM复合材料采用表面涂布和浆内添加的方式加入到纸张中。研究表明,纳米银颗粒在纸张成纸和干燥过程中依旧保持均匀尺寸和良好分散。QAOM复合物能有效地改善抗菌纸的抗张、抗撕裂、抗耐破等物理强度,且表面涂布法制备的抗菌纸物理强度优于浆内添加法。QAOM新型抗菌纸表现出优异的抗菌性能,对细菌和真菌均具有抑制能力,0.01%QAOM表面涂布抗菌纸的抗菌圈达到14.6 mm,完全满足日常生活的抗菌需求。因此,本研究为安全长效抗菌纸的研发提供了新思路。4.静电自组装法制备载金氧化石墨烯/壳聚糖季铵盐/纤维多功能复合纸利用壳聚糖季铵盐良好的成膜性能和正电性,以其为胶黏剂‖,静电自组装法成功使石墨烯粘附在纸张纤维上。通过在氧化石墨烯表面点缀纳米金,成功制备了载金氧化石墨烯多功能复合纸。XRD、拉曼光谱、XPS、SEM等表征手段证明了氧化石墨烯片层紧密包裹在纤维表面,形成了致密的导电网络结构,因此该载金氧化石墨烯多功能复合纸显示出高的电导率(853.4 S/m),在已报道的所有纤维素基导电纸中导电率最高。此外,该多功能复合纸也展现了优异的光热转化能力和高效的催化能力。该复合纸可广泛应用于电子设备、传感器、催化剂等领域中。5.壳聚糖基还原氧化石墨烯复合材料的绿色构建及对荧光素钠的控释以壳聚糖衍生物为还原剂和稳定剂,水相中绿色还原氧化石墨烯,再将获得的羧甲基壳聚糖季铵盐/石墨烯复合材料(QCMC-r GO)和海藻酸钠混合制备成微球,并以分子量为376的荧光素钠为药物模型分子,考察微球的载药量,以及在p H为7.4PBS溶液和p H为1.2HCl溶液中的控释能力。结果显示,当QCMC-r GO浓度为50 mg/m L时,微球中荧光素钠的载药量可达80.17%。此微球具有p H依赖性,在PBS中缓释时间能达126小时,释放率达69.1%,而在p H为1.2的酸性环境中,缓释时间为20小时,释放率为82.3%。此绿色还原石墨烯的方法为石墨烯在医药领域的应用提供可行性的依据。
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【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34

【参考文献】