羧甲基半纤维素纸页增强及其荧光复合膜性能

论文摘要

生物质资源具有储量丰富、环境友好、可再生等优点,近年来在生物、医药、食品、化学品等领域受到极大的关注。其中,半纤维素是第二丰富的植物生物质类多糖化合物,其结构复杂、种类繁多。半纤维素中官能团丰富、反应活性强,在食品包装、废水处理、纸页增强、药物缓释等方面显示了广阔的应用前景。虽然羧甲基半纤维素已经被证明在纸页增强剂方面具良好的效果,但半纤维素组分复杂,不同半纤维素组分羧甲基化对纸页力学性能的影响仍然是不清楚。因此,揭示半纤维素组分对纸页的增强效果有助于更好地利用半纤维素。同时,羧甲基半纤维素较低的分子量也限制了其在功能膜材料中的应用。本论文针对半纤维素组分差异性及影响问题,系统研究了不同组分对羧甲基化学改性及对二次纤维纸页增强效果的影响与机制;在此基础上,研究了半纤维素碳量子点的制备与理化性能,并探讨了碳量子点对羧甲基半纤维素膜的增强性能。研究内容如下:1.通过碱-乙醇分级沉淀方法从玉米芯中分离出四种半纤维素组分,分别研究了四种组分的理化结构对羧甲基化学改性的影响和对二次纤维纸页的增强效果。实验结果表明,支链更少的半纤维素组分在乙醇溶液中溶解性更低。15%乙醇沉淀的半纤维素组分HC15%的支链结构少,很难进行羧甲基化改性;而高浓度75%乙醇沉淀的半纤维素组分HC75%由于支链结构较多,更易发生羧甲基化。30%乙醇沉淀出的半纤维素组分具有较少的支链,且分子量最大,当被羧甲基改性后,对纸页强度的增强效果最明显,仅1%含量即可使纸页的抗张指数、耐破指数和抗张能量吸收指数分别提高27.8%、29.5%和40.6%。2.以半纤维素为原材料,提出一种简单、高效的荧光碳量子点的制备方法（水热焦碱性氧化分解法）。与目前从生物质水热悬浮液得到碳量子点的低得率方法不同,该方法可将大量的水热焦高效、高得率转变为碳量子点,得率可达42.5%（基于生物质）和99.0%（基于水热焦）。碳量子点的理化性能可通过反应温度来调节,其中荧光量子效率高达16.6%。研究表明量子效率与碳量子点表面官能团和碳核中共轭π域有关。此外,所制备的碳量子点溶液荧光够被Cu2+特异性猝灭,且在0-30μmol L-1成线性关系,检测限为85 nmol L-1。因此,碳量子点能够做为Cu2+的纳米荧光探针。3.以羧甲基化半纤维素为基体、聚乙烯醇和半纤维素碳量子点为添加剂,通过溶液浇铸成膜法制备了具有优异紫外光屏蔽功能的绿色、可降解复合膜,并探讨了碳量子点对复合膜的紫外光屏蔽效果以及机械性能的影响。结果表明,碳量子点在复合膜中均匀分散,与半纤维素发生化学反应形成稳定的化学键,有效提高了半纤维素/聚乙烯醇复合膜的机械性能。当碳量子点含量为1.92%时,抗张强度和弹性模量分别提高了114.3%和90.7%,而断裂伸长率则没有明显的变化。此外,碳量子点在复合膜中仍然具有明显的荧光特性,具有典型的激发与发射光谱,能够有效吸收紫外光,并转化成蓝绿光,且随着碳量子点含量增加,转化效果增强。此外,制备的复合膜具有良好的透明性好。因此,该复合膜有望用于农业与食品领域中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 半纤维素
•     1.2.1 半纤维素组成及结构
•     1.2.2 半纤维素提取
•     1.2.3 半纤维素化学改性
•     1.2.4 半纤维素功能材料应用
•   1.3 生物质碳量子点
•     1.3.1 碳量子点
•     1.3.2 碳量子点合成
•     1.3.3 光学性质
•   1.4 选题的目的、意义和研究内容
•     1.4.1 选题的目的与意义
•     1.4.2 研究内容
• 第二章 半纤维素化学结构对其羧甲基化改性及纸页增强性能的影响
•   2.1 前言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 实验试剂和药品
•     2.2.2 半纤维素组分的分离
•     2.2.3 半纤维素组分的羧甲基改性
•     2.2.4 二次纤维纸页的制备及机械性能测试
•     2.2.5 半纤维素组分和二次纤维纸页表征
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 半纤维素组分的糖单元组成与含量
•     2.3.2 半纤维素组分的分子量
•     2.3.3 羧甲基半纤维素的取代度、元素组成与留着率
•     2.3.4 羧甲基化半纤维素的溶解性及在二次纤维纸页中的留着率
•     2.3.5 半纤维素组分改性前后FT-IR分析
•     2.3.6 半纤维素组分改性前后热重分析
•     2.3.7 羧甲基半纤维素对二次纤维纸页的力学性能增强
•   2.4 本章小结
• 第三章 高得率半纤维素荧光碳量子点的制备方法与性能
•   3.1 前言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 原料与试剂
•     3.2.2 水热焦的制备
•     3.2.3 碳量子点的合成
•     3.2.4 水热焦及碳量子点的表征
•     3.2.5 荧光量子效率测试
•     3.2.6 碳量子点的光稳定性和pH依赖性测试
• 2+检测'>    3.2.7 Cu²⁺检测
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 半纤维素碳量子点的合成
•     3.3.2 半纤维素碳量子点与水热焦的结构及化学组成
•     3.3.3 半纤维素碳量子点的荧光性能
•     3.3.4 半纤维素碳量子点的光稳定性及pH依赖性
•     3.3.5 分解温度对碳量子点产率和荧光性能的影响
• 2+的检测'>    3.3.6 半纤维素碳量子点荧光探针对Cu²⁺的检测
•     3.3.7 碳量子点合成方法的普适性研究
•   3.4 本章小结
• 第四章 半纤维素/聚乙烯醇紫外屏蔽膜制备与性能研究
•   4.1 前言
•   4.2 实验部分
•     4.2.1 实验试剂和药品
•     4.2.2 羧甲基半纤维素（CHC）合成
•     4.2.3 CHC/PVA-CDs复合膜的制备
•     4.2.4 CHC取代度测定
•     4.2.5 测试表征
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 CHC/PVA-CDs复合膜的制备与结构表征
•     4.3.2 红外光谱和热重分析
•     4.3.3 CHC/PVA-CDs复合膜的机械性能
•     4.3.4 CHC/PVA-CDs复合膜的光学性能
•   4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录1
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵玉双

导师: 孙润仓,钟林新

关键词: 半纤维素,羧甲基改性,二次纤维,碳量子点,复合膜

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 华南理工大学

分类号: Q77

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.001365

总页数: 95

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