低共熔溶剂中生物质纳米材料的制备及功能化构建
发布时间：2021-03-11 01:14
纤维素具有许多优良的特性而应用于各行各业,然而其主要源于木材,而我国属于森林资源严重不足的国家。为了减少对纤维素的需求,缓解森林资源的过度消耗,寻求可替代纤维素的产品以缓解森林资源短缺问题是必然发展趋势。甲壳素和纤维素大分子结构相似,主要来源于废弃的虾蟹壳,极有可能替代纤维素。同纤维素一样,甲壳素因溶解性差且目前的分离提取方法存在强酸腐蚀、能耗过高或产生二次污染等问题而限制了其利用,亟需寻求高效、低成本且对环境友好的溶剂,对其进行从原料中分离提取到纳米化和功能化改性,进而实现高值化利用。低共熔溶剂（DES）具有原料易得、无毒或者低毒、生物可降解、制备简单、电化学操作窗口宽以及高离子电导率等优点,而被认为是最有发展前景的“可设计溶剂”之一。本论文合成了13种不同功能的DES体系,首先研究了能从虾壳中一步法脱除矿物质和蛋白质,可控提取不同分子量甲壳素的DES体系;其次,进一步研究探索出能够用于预处理甲壳素和纤维素及生物质原料的DES从而促进它们在机械处理过程时的纳米化;最后,利用具有多功能体系的DES直接分散纤维素用于制备具有导电性的离子凝胶,并将其用于传感器和超级电容器的固态柔性电解质。...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纤维素及甲壳素的来源和分子结构特征
能、经济及可再生等性质而备受关注。在自然界中，棉花中的纤维素含量可以高达90%以上，可以直接用于制备纳米纤维素的原料。此外细菌纤维素纯度也非常高，纤维性能高，也是制备纳米纤维素的热点材料。纳米纤维素已被用于增强高分子复合材料[21]、导电或储能材料[22]、Pickering乳液[23]、包装材料以及阻隔材料[24]等。纤维素与半纤维素以及木质素共同存在于植物的细胞壁中，是细胞壁的主要组成部分。尽管纤维素的分离提取方法已经很成熟，如碱法，亚硫酸盐法，生物法以及溶剂法等[25]，目前已有的用于制备纳米纤维素的方法如图1-2所示，但由于这些方法均存在或多或少的缺点，新的制备方法还一直在探索中。图1-2制备纤维素纳米晶和纳米纤维的不同方法Figure1-2Cellulosenanocrystalsandnanofibersisolatedbydifferentmethods
退?逑担┑姆椒ǎ?梅椒ㄊ窃诨?荡?砬?将尿素或者乙二胺掺入纸浆中进行预处理。使用尿素或者乙二胺可以削弱纤维素之间的氢键作用，在一定条件下甚至可以溶解纤维素。随后，Sirvi等[73]利用氯化胆碱和尿素体系的低共熔溶剂对纸浆进行处理，从而促进机械处理时的纳米化。在100℃条件下处理2小时，洗涤后，将纸浆稀释经过微射流处理可以获得15-200nm的纤维素纳米纤维。1.3甲壳素的提取方法甲壳素来源广泛，主要存在于自然界中，如昆虫类、甲壳类（虾蟹等）的外壳，软体类动物的骨骼以及某些藻类和真菌类的细胞壁中[74,75]（如图1-3）。据估算，每年通过生物合成的甲壳素含量达到100亿吨[10]，是自然界中储存量仅次于纤维素的第二大天然多糖。也是制备壳聚糖的主要原料，通常把脱乙酰度大于60%的甲壳素或者能溶解于稀酸的脱乙酰基产物统称为壳聚糖[76]。由于壳聚糖具有无毒、生物可降解、抗菌性、抗氧化性以及抗肿瘤等性质[77,78]，因此广泛的用于农业、食品、医药以及生物工程等领域[77,78]。因而如何从生物原料中快速高效地从甲壳类原料中获得甲壳素一直是研究领域的热点方向。目前，从生物原料中分离提取甲壳素的方法主要包括：酸碱法、生物法、离子液体法、机械力化学法以及等离子体法等。图1-3甲壳素来源及晶型[79]Figure1-3Chitinsourcesandcrystallinestructure1.3.1酸碱法提取甲壳素甲壳素原料（如虾壳，昆虫外壳）中主要含有甲壳素、蛋白质、脂质、矿物质和色素等成分。通常利用稀盐酸浸泡虾蟹壳使碳酸钙等无机盐转化成能溶于水的盐酸盐，通过洗涤、分离即可去除原料中的无机盐。而蛋白质在壳中的含量也较大，作为一类两性化合物，蛋白质在碱性或者酸性条件下均可以溶解，但其在碱溶液中溶解速度更快，也更完全[4]。典型的过程为将甲壳?
本文编号：3075604
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纤维素及甲壳素的来源和分子结构特征
能、经济及可再生等性质而备受关注。在自然界中，棉花中的纤维素含量可以高达90%以上，可以直接用于制备纳米纤维素的原料。此外细菌纤维素纯度也非常高，纤维性能高，也是制备纳米纤维素的热点材料。纳米纤维素已被用于增强高分子复合材料[21]、导电或储能材料[22]、Pickering乳液[23]、包装材料以及阻隔材料[24]等。纤维素与半纤维素以及木质素共同存在于植物的细胞壁中，是细胞壁的主要组成部分。尽管纤维素的分离提取方法已经很成熟，如碱法，亚硫酸盐法，生物法以及溶剂法等[25]，目前已有的用于制备纳米纤维素的方法如图1-2所示，但由于这些方法均存在或多或少的缺点，新的制备方法还一直在探索中。图1-2制备纤维素纳米晶和纳米纤维的不同方法Figure1-2Cellulosenanocrystalsandnanofibersisolatedbydifferentmethods
退?逑担┑姆椒ǎ?梅椒ㄊ窃诨?荡?砬?将尿素或者乙二胺掺入纸浆中进行预处理。使用尿素或者乙二胺可以削弱纤维素之间的氢键作用，在一定条件下甚至可以溶解纤维素。随后，Sirvi等[73]利用氯化胆碱和尿素体系的低共熔溶剂对纸浆进行处理，从而促进机械处理时的纳米化。在100℃条件下处理2小时，洗涤后，将纸浆稀释经过微射流处理可以获得15-200nm的纤维素纳米纤维。1.3甲壳素的提取方法甲壳素来源广泛，主要存在于自然界中，如昆虫类、甲壳类（虾蟹等）的外壳，软体类动物的骨骼以及某些藻类和真菌类的细胞壁中[74,75]（如图1-3）。据估算，每年通过生物合成的甲壳素含量达到100亿吨[10]，是自然界中储存量仅次于纤维素的第二大天然多糖。也是制备壳聚糖的主要原料，通常把脱乙酰度大于60%的甲壳素或者能溶解于稀酸的脱乙酰基产物统称为壳聚糖[76]。由于壳聚糖具有无毒、生物可降解、抗菌性、抗氧化性以及抗肿瘤等性质[77,78]，因此广泛的用于农业、食品、医药以及生物工程等领域[77,78]。因而如何从生物原料中快速高效地从甲壳类原料中获得甲壳素一直是研究领域的热点方向。目前，从生物原料中分离提取甲壳素的方法主要包括：酸碱法、生物法、离子液体法、机械力化学法以及等离子体法等。图1-3甲壳素来源及晶型[79]Figure1-3Chitinsourcesandcrystallinestructure1.3.1酸碱法提取甲壳素甲壳素原料（如虾壳，昆虫外壳）中主要含有甲壳素、蛋白质、脂质、矿物质和色素等成分。通常利用稀盐酸浸泡虾蟹壳使碳酸钙等无机盐转化成能溶于水的盐酸盐，通过洗涤、分离即可去除原料中的无机盐。而蛋白质在壳中的含量也较大，作为一类两性化合物，蛋白质在碱性或者酸性条件下均可以溶解，但其在碱溶液中溶解速度更快，也更完全[4]。典型的过程为将甲壳?
本文编号：3075604
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