纳米纤维素负载金属纳米粒子复合物的制备及性能研究

发布时间：2017-08-11 03:23

  本文关键词：纳米纤维素负载金属纳米粒子复合物的制备及性能研究

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【摘要】：纳米纤维素是指至少某一维度尺寸在纳米范围的纤维素材料,纳米纤维素可以通过生物化学法(酸解法、酶解法、氧化法)或机械法(研磨、高压均质等)处理得到。由于其高比表面积(150~250 m2/g)、优良的机械性能(杨氏模量100~140 GPa和抗拉强度可达1.7 GPa)及其表面可化学修饰性,加之其生物相容性、可降解等特性可以应用于材料增强、生物医用、催化等多个领域。通过选择性氧化,在纳米纤维素高分子链上引入羧基、醛基等官能团,有利于增强纤维素与无机金属离子相互作用,可用于制备纤维素负载型金属纳米粒子。本研究以蔗渣浆为原料,通过超声辅助TEMPO催化氧化法和一步过硫酸铵(Ammonium persulfate,APS)法制备得到了两种含羧基纳米纤维素(Carboxylated nanocellulose,CNC),分别为TO-CNC(TEMPO-oxidized CNC)和AO-CNC(APS-oxidized CNC)。研究了两种制备方法中氧化剂用量对氧化纤维素得率、羧基含量、聚合度及形态的影响。并通过FT-IR、XRD及TG对TO-CNC和AO-CNC的化学结构、晶型及结晶度和热稳定性进行了比较。结果显示,随着氧化剂用量的增多,制备得到的CNC所含羧基含量增多,但其聚合度均有下降明显;FT-IR显示,AO-CNC表面的羧基以-COOH形式存在,而TO-CNC表面为羧酸盐以-COO-形式存在;XRD和TG表明,制备得到的AO-CNC较TO-CNC具有更高的结晶度和较好的热稳定性。以TEMPO催化氧化法制备得到的TO-CNC为原料,高碘酸钠氧化TO-CNC制备得到双醛基纳米纤维素,并以双醛基纳米纤维素做为还原剂和负载体,分别制备得到纳米纤维素负载纳米钯和纳米金催化剂。通过UV、FT-IR、XRD、XPS及TEM对催化剂合成条件、化学结构、晶型结构、纳米金属(钯、金)在纤维素载体表面的价态及大小分布等进行了表征。结果显示:纳米纤维素浓度越高,负载制备得到的纳米金属的粒径越小,纳米钯的平均粒径在14 nm左右,纳米金平均粒径为40 nm左右。分别以Suzuki偶联反应及硼氢化钠还原4-硝基苯酚(4-NP)反应作为模型来研究纳米纤维素负载纳米钯和纳米金的催化性能。结果表明,催化剂用量为0.1 mol%,反应1 h时,产物收率均超过90%,说明纳米纤维素负载纳米钯对芳基溴化物的Suzuki偶联反应表现出良好的催化活性;以纳米纤维素负载纳米金催化4-NP加氢反应,显示55 min后4-NP转化率可达94%,其催化速率常数为0.073 min~(-1)。
【关键词】：氧化纳米纤维素 负载 纳米钯 纳米金 催化剂
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 研究背景14
• 1.2 国内外研究现状和进展14-24
• 1.2.1 纳米纤维素的分类15
• 1.2.2 化学法制备纳米纤维素15-20
• 1.2.3 机械法制备纳米纤维素20-21
• 1.2.4 纳米纤维素与无机纳米粒子的复合及其应用21-24
• 1.3 研究课题的提出及研究内容24-26
• 1.3.1 论文的研究意义及研究内容24-25
• 1.3.2 论文的创新点25-26
• 第二章 羧基化纳米纤维素的制备及其性能研究26-40
• 2.1 引言26-27
• 2.2 实验部分27-32
• 2.2.1 实验原料27
• 2.2.2 实验设备27
• 2.2.3 实验方法27-29
• 2.2.4 分析方法29-32
• 2.3 结果讨论32-38
• 2.3.1 NaClO用量对TEMPO氧化法在制备TO-CNC过程中的影响32-34
• 2.3.2 过硫酸铵法制备AO-CNC中过硫酸铵浓度的影响34-36
• 2.3.3 FTIR分析36-37
• 2.3.4 XRD分析37-38
• 2.3.5 TG分析38
• 2.4 结论38-40
• 第三章 纳米纤维素负载纳米钯复合物的制备及性能研究40-53
• 3.1 引言40-41
• 3.2 实验部分41-44
• 3.2.0 实验原料41
• 3.2.1 实验设备41-42
• 3.2.2 实验方法42-43
• 3.2.3 分析方法43-44
• 3.3 结果与讨论44-51
• 3.3.1 UV-vis分析44-46
• 3.3.2 FT-IR分析46-47
• 3.3.3 XRD分析47-48
• 3.3.4 XPS分析48
• 3.3.5 TEM分析48-50
• 3.3.6 催化性能评价50-51
• 3.3.7 Suzuki反应产物的结构表征51
• 3.4 结论51-53
• 第四章 纳米纤维素负载纳米金复合物的制备及性能研究53-63
• 4.1 引言53-54
• 4.2 实验部分54-56
• 4.2.1 实验原料54
• 4.2.2 实验设备54
• 4.2.3 实验方法54-55
• 4.2.4 分析方法55-56
• 4.3 结果与讨论56-62
• 4.3.1 UV分析56-58
• 4.3.2 XRD分析58
• 4.3.3 XPS分析58-59
• 4.3.4 TEM分析59-60
• 4.3.5 催化性能评价60-62
• 4.4 结论62-63
• 第五章 结论与展望63-66
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-66
• 参考文献66-75
• 附录75-79
• 在读期间的学术研究79-81
• 致谢81

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本文编号：654008