纖維素具有許多優(yōu)良的特性而應(yīng)用于各行各業(yè),然而其主要源于木材,而我國屬于森林資源嚴(yán)重不足的國家。為了減少對纖維素的需求,緩解森林資源的過度消耗,尋求可替代纖維素的產(chǎn)品以緩解森林資源短缺問題是必然發(fā)展趨勢。甲殼素和纖維素大分子結(jié)構(gòu)相似,主要來源于廢棄的蝦蟹殼,極有可能替代纖維素。同纖維素一樣,甲殼素因溶解性差且目前的分離提取方法存在強(qiáng)酸腐蝕、能耗過高或產(chǎn)生二次污染等問題而限制了其利用,亟需尋求高效、低成本且對環(huán)境友好的溶劑,對其進(jìn)行從原料中分離提取到納米化和功能化改性,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高值化利用。低共熔溶劑（DES）具有原料易得、無毒或者低毒、生物可降解、制備簡單、電化學(xué)操作窗口寬以及高離子電導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn),而被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的“可設(shè)計溶劑”之一。本論文合成了13種不同功能的DES體系,首先研究了能從蝦殼中一步法脫除礦物質(zhì)和蛋白質(zhì),可控提取不同分子量甲殼素的DES體系;其次,進(jìn)一步研究探索出能夠用于預(yù)處理甲殼素和纖維素及生物質(zhì)原料的DES從而促進(jìn)它們在機(jī)械處理過程時的納米化;最后,利用具有多功能體系的DES直接分散纖維素用于制備具有導(dǎo)電性的離子凝膠,并將其用于傳感器和超級電容器的固態(tài)柔性電解質(zhì)。... 

【文章來源】：南京林業(yè)大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

纖維素及甲殼素的來源和分子結(jié)構(gòu)特征

能、經(jīng)濟(jì)及可再生等性質(zhì)而備受關(guān)注。在自然界中，棉花中的纖維素含量可以高達(dá)90%以上，可以直接用于制備納米纖維素的原料。此外細(xì)菌纖維素純度也非常高，纖維性能高，也是制備納米纖維素的熱點(diǎn)材料。納米纖維素已被用于增強(qiáng)高分子復(fù)合材料[21]、導(dǎo)電或儲能材料[22]、Pickering乳液[23]、包裝材料以及阻隔材料[24]等。纖維素與半纖維素以及木質(zhì)素共同存在于植物的細(xì)胞壁中，是細(xì)胞壁的主要組成部分。盡管纖維素的分離提取方法已經(jīng)很成熟，如堿法，亞硫酸鹽法，生物法以及溶劑法等[25]，目前已有的用于制備納米纖維素的方法如圖1-2所示，但由于這些方法均存在或多或少的缺點(diǎn)，新的制備方法還一直在探索中。圖1-2制備纖維素納米晶和納米纖維的不同方法Figure1-2Cellulosenanocrystalsandnanofibersisolatedbydifferentmethods

退?逑擔(dān)┑姆椒ǎ?梅椒ㄊ竊諢?蕩?砬?將尿素或者乙二胺摻入紙漿中進(jìn)行預(yù)處理。使用尿素或者乙二胺可以削弱纖維素之間的氫鍵作用，在一定條件下甚至可以溶解纖維素。隨后，Sirvi等[73]利用氯化膽堿和尿素體系的低共熔溶劑對紙漿進(jìn)行處理，從而促進(jìn)機(jī)械處理時的納米化。在100℃條件下處理2小時，洗滌后，將紙漿稀釋經(jīng)過微射流處理可以獲得15-200nm的纖維素納米纖維。1.3甲殼素的提取方法甲殼素來源廣泛，主要存在于自然界中，如昆蟲類、甲殼類（蝦蟹等）的外殼，軟體類動物的骨骼以及某些藻類和真菌類的細(xì)胞壁中[74,75]（如圖1-3）。據(jù)估算，每年通過生物合成的甲殼素含量達(dá)到100億噸[10]，是自然界中儲存量僅次于纖維素的第二大天然多糖。也是制備殼聚糖的主要原料，通常把脫乙酰度大于60%的甲殼素或者能溶解于稀酸的脫乙�；a(chǎn)物統(tǒng)稱為殼聚糖[76]。由于殼聚糖具有無毒、生物可降解、抗菌性、抗氧化性以及抗腫瘤等性質(zhì)[77,78]，因此廣泛的用于農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥以及生物工程等領(lǐng)域[77,78]。因而如何從生物原料中快速高效地從甲殼類原料中獲得甲殼素一直是研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。目前，從生物原料中分離提取甲殼素的方法主要包括：酸堿法、生物法、離子液體法、機(jī)械力化學(xué)法以及等離子體法等。圖1-3甲殼素來源及晶型[79]Figure1-3Chitinsourcesandcrystallinestructure1.3.1酸堿法提取甲殼素甲殼素原料（如蝦殼，昆蟲外殼）中主要含有甲殼素、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、礦物質(zhì)和色素等成分。通常利用稀鹽酸浸泡蝦蟹殼使碳酸鈣等無機(jī)鹽轉(zhuǎn)化成能溶于水的鹽酸鹽，通過洗滌、分離即可去除原料中的無機(jī)鹽。而蛋白質(zhì)在殼中的含量也較大，作為一類兩性化合物，蛋白質(zhì)在堿性或者酸性條件下均可以溶解，但其在堿溶液中溶解速度更快，也更完全[4]。典型的過程為將甲殼?


本文編號：3075604