细菌纤维素的结构调控及石墨烯复合材料的有机吸附性能研究

发布时间：2017-10-14 08:08

  本文关键词：细菌纤维素的结构调控及石墨烯复合材料的有机吸附性能研究

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【摘要】：细菌纤维素(BC)因其独特的结构和性能而广泛应用在生物医学、光电、环境等领域,被认为是最具开发潜力的新型纳米材料之一,而纳米纤维的排布方式、孔隙结构等都是影响其使用性能的重要因素,因此,必须实现对BC纤维结构的可调控性。本文根据BC合成过程的特点,通过定向流体剪切力驱动细菌沿某一方向迁移,从而实现对纤维排布方式和孔隙结构的可控制造。采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和万能材料试验机等分析了OBC微观结构、化学状态、晶体结构和力学性能。结果表明,在定向流体剪切力的作用下能够获得大尺寸(280×60×3 mm3)的取向性OBC纳米纤维,70%以上的纤维取向在20°夹角以内;定向流体剪切力未改变BC原有的官能团结构和热稳定性,仅使结晶度由91%逐渐下降至77%;OBC表现出明显的各向异性,沿纤维方向的拉伸强度达到1.2 MPa,垂直纤维方向的拉伸强度为0.6 MPa。采用动态培养制备了SBC和SBC/GE,经碳化得到CSBC和CSBC/GE。采用SEM、TEM、XRD、FTIR、接触角测试仪和万能材料试验机分析了产物的微观结构和性能,并考察了其对多种有机溶剂的吸附性能。结果表明,CSBC和CSBC/GE具有低密度(2.7 mg·cm-3和2.6 mg·cm-3)、高孔隙率(96.5%和98.4%)、高比表面积(229.6 cm2/g和340.2 cm2/g)、强疏水性(CA=117.7°和131.5°)和弹性恢复性能,对常见有机溶剂的吸附能力分别达到200~800倍和300~900倍,且经5次吸附/蒸馏循环使用后仍保持原有的吸附性能,这种出色的吸附性能是由于其蜂窝状表面拓扑结构能够使有机溶剂分散为小液滴,更容易渗入材料内部的孔隙。本文建立了通过控制木醋杆菌运动实现BC结构调控的方法,为BC的应用奠定了基础。
【关键词】：细菌纤维素 动态培养 有序化 吸附性能
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O636.11;TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 引言9
• 1.2 细菌纤维素9-12
• 1.2.1 BC的合成过程9-10
• 1.2.2 BC的培养方法10
• 1.2.3 BC的应用研究现状10-12
• 1.3 BC的结构调控12-13
• 1.3.1 对BC微纤维尺度的调控12
• 1.3.2 对BC纤维取向性的调控12-13
• 1.3.3 对BC孔隙结构的调控13
• 1.4 BC基复合材料的制备13-15
• 1.4.1 溶液置换法13-14
• 1.4.2 物理混合法14
• 1.4.3 共培养法14-15
• 1.5 有机吸附材料15-16
• 1.5.1 有机吸附材料概况15
• 1.5.2 纤维素基有机吸附材料15-16
• 1.6 课题研究背景、意义及内容16-18
• 1.6.1 课题研究背景及意义16
• 1.6.2 课题研究内容16-17
• 1.6.3 课题创新点17-18
• 第二章 动态法有序BC的制备及其性能研究18-33
• 2.1 引言18
• 2.2 实验部分18-21
• 2.2.1 实验方法18-20
• 2.2.2 材料表征及测试20-21
• 2.3 结果与讨论21-32
• 2.3.1 定向流体对OBC产量的影响21-22
• 2.3.2 OBC的宏观形态22-23
• 2.3.3 定向流体对OBC微观形貌的影响23-26
• 2.3.4 定向流体对OBC结晶结构的影响26-27
• 2.3.5 定向流体对OBC化学结构的影响27-28
• 2.3.6 定向流体对OBC热性能的影响28-29
• 2.3.7 取向纤维对OBC力学性能的影响29-30
• 2.3.8 OBC的形成机理30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 细菌纤维素/石墨烯复合材料的制备及其吸附性能研究33-63
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验部分34-38
• 3.2.1 实验方法34-35
• 3.2.2 材料表征及测试35-38
• 3.3 结果与讨论38-61
• 3.3.1 BC基复合材料的宏观形态38-41
• 3.3.2 BC基复合材料的微观形貌41-46
• 3.3.3 BC基复合材料的结晶结构46-49
• 3.3.4 BC基复合材料的化学结构49-50
• 3.3.5 BC基复合材料的润湿性能50-51
• 3.3.6 BC基复合材料的孔隙结构51-53
• 3.3.7 BC基复合材料的力学性能53-54
• 3.3.8 BC基复合材料的吸附性能54-58
• 3.3.9 BC基复合材料的循环使用性能58-59
• 3.3.10 BC基复合材料的吸附性能分析59-61
• 3.4 本章小结61-63
• 第四章 全文总结63-64
• 参考文献64-71
• 发表论文和参加科研情况说明71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张勇;唐元洪;林良武;张恩磊;;Microstructure transformation of carbon nanofibers during graphitization[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2008年05期

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本文编号：1029925