细菌纤维素基功能材料的制备及性能研究

发布时间：2020-03-26 20:15

【摘要】：纤维素气凝胶兼具绿色可再生纤维素材料和多孔气凝胶材料两者的优点,是独立于无机气凝胶材料和有机聚合物气凝胶材料之外的第三代气凝胶材料,可应用于催化剂、吸附材料、热绝缘材料、超级电容器以及粒子探测等领域。基于纤维素是一种亲水性的生物高分子、纤维素分子链上的羟基具有化学活性特性,通过采用物理或化学改性手段,可以提高纤维素气凝胶的疏水性及力学性能,并引入电、磁、生物活性等功能性,从而进一步扩大纤维素气凝胶的应用领域。本文以细菌纤维素(BC)气凝胶为基材,采用电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGETATRP)聚合法,成功制备了含功能性基团的BC复合材料,具体研究如下:以BC为原材料,经NaOH碱煮纯化、真空冷冻干燥处理,制备细菌纤维素气凝胶。采用乙醇吸附法对BC气凝胶的孔隙率进行测定;利用比表面仪(BET)、扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FI-IR)和X射线衍射(XRD)对BC气凝胶结构和性能进行表征。结果表明:冷冻干燥法成功制备了 BC气凝胶,气凝胶具有三维空间网状结构,纤维直径为30~50nm,纤维分布均匀,BC气凝胶的孔隙率为98.24%、密度为0.012g/cm3、比表面积为138.572m2/g。以含溴的细菌纤维素气凝胶为引发剂、维生素C(Vc)为还原剂、N,N,N',N,'N"-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)/溴化铜(CuBr2)为催化剂,通过ARGETATRP法,制备了含聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)刷的细菌纤维素气凝胶规整接枝共聚物。采用能谱(EDS)对大分子引发剂元素含量进行测定,并利用凝胶渗透色谱(GPC)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热失重分析(TGA)对其结构和性能进行表征。结果表明:接枝聚合反应可控,分子量分布指数为1.07,大分子引发剂Br元素含量为6.77%;GMA接枝聚合后纤维直径增大且在纤维表面形成覆盖层;热稳定性由205°C升高到246℃。以含环氧基BC-g-PGMA共聚物为载体,进行过氧化氢酶(CAT)的固定化。研究了酶固定化过程中温度和pH对载酶量及酶活的影响,探讨了游离过氧化氢酶、固定过氧化氢酶催化H202反应的最适pH和温度,并对固定CAT的热稳定性和重复使用性进行研究,采用红外(FI-IR)、扫描电镜(SEM)对固定CAT的结构及形貌进行分析。结果表明:固定CAT的最适温度为35℃,最适pH为6.0,最大载酶量可达116.72mg/g;固定CAT后耐pH、温度以及存储稳定性能有所提高,且固定CAT具有良好的重复使用性能。.采用ARGETATRP法,以含溴的细菌纤维素为引发剂、维生素C(Vc)为还原剂、N,N,N',N,"-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)/溴化铜((CuBr2)为催化剂,制备了含聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯(PDMAEMA)刷的细菌纤维素气凝胶规整接枝共聚物,随后以溴乙烷为功能化改性试剂,对其进行季铵化处理,制备具有抗菌性能的BC气凝胶接枝聚合物。采用能谱(EDS)对大分子引发剂元素含量进行测定。通过凝胶渗透色谱(GPC)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热失重分析(TGA)表征了接枝物结构和性能。结果表明:以细菌纤维素气凝胶为原料,采用ARGETATRP聚合法成功制备了 BC-g-PDMAEMA聚合物,分子量分布指数为1.05,接枝率为875.76%,接枝后纤维直径增大且在纤维表面形成覆盖层,热稳定性由205°C升高到230°C,季铵化后的BC-g-PDMAEMA接枝共聚物,抑菌圈明显,最大可达10mm,抗菌效果较好。
【图文】：

分子结构图,细菌纤维素,分子结构,空间三维

图１－１细菌纤维素的分子结构［２］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｂａｃｔｅｒｉａｌ邋ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ逡逑１．１．１．２细菌纤维素的性质逡逑（１）超细空间三维网状结构逡逑

过程图,气凝胶,过程,吸附量

ＣＮＣ－ＮＨ２ＮＨ和ＣＮＣ－ＣＨＯ通过化学交联连接，制备了具有形状记忆的超强吸附逡逑的气凝胶材料，，该复合材料对Ｈ２０、ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ、ＤＭＳＯ和十二烷的吸附量分别逡逑为１５５ｇ／ｇ、１２５ｇ／ｇ、１３４ｇ／ｇ和７２ｇ／ｇ，制备过程如图１－４所示。ＳａｉＨＺ等［４Ｑ］以纯逡逑净ＢＣ为基材，通过冷冻干燥制备ＢＣ气凝胶（ＢＣＡｓ），然后经三甲基硅烷改逡逑性制备了疏水性ＢＣ气凝胶（ＨＢＣＡｓ），改性气凝胶对植物油、ＣＨＣｂ等溶剂有逡逑较好的吸附性能，其吸附量约为１８５ｇ／ｇ，如图１－５所示。逡逑
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ427.26;O631.5

【参考文献】