【摘要】：生物質(zhì)資源具有儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好、可再生等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在生物、醫(yī)藥、食品、化學(xué)品等領(lǐng)域受到極大的關(guān)注。其中,半纖維素是第二豐富的植物生物質(zhì)類(lèi)多糖化合物,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類(lèi)繁多。半纖維素中官能團(tuán)豐富、反應(yīng)活性強(qiáng),在食品包裝、廢水處理、紙頁(yè)增強(qiáng)、藥物緩釋等方面顯示了廣闊的應(yīng)用前景。雖然羧甲基半纖維素已經(jīng)被證明在紙頁(yè)增強(qiáng)劑方面具良好的效果,但半纖維素組分復(fù)雜,不同半纖維素組分羧甲基化對(duì)紙頁(yè)力學(xué)性能的影響仍然是不清楚。因此,揭示半纖維素組分對(duì)紙頁(yè)的增強(qiáng)效果有助于更好地利用半纖維素。同時(shí),羧甲基半纖維素較低的分子量也限制了其在功能膜材料中的應(yīng)用。本論文針對(duì)半纖維素組分差異性及影響問(wèn)題,系統(tǒng)研究了不同組分對(duì)羧甲基化學(xué)改性及對(duì)二次纖維紙頁(yè)增強(qiáng)效果的影響與機(jī)制;在此基礎(chǔ)上,研究了半纖維素碳量子點(diǎn)的制備與理化性能,并探討了碳量子點(diǎn)對(duì)羧甲基半纖維素膜的增強(qiáng)性能。研究?jī)?nèi)容如下:1.通過(guò)堿-乙醇分級(jí)沉淀方法從玉米芯中分離出四種半纖維素組分,分別研究了四種組分的理化結(jié)構(gòu)對(duì)羧甲基化學(xué)改性的影響和對(duì)二次纖維紙頁(yè)的增強(qiáng)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,支鏈更少的半纖維素組分在乙醇溶液中溶解性更低。15%乙醇沉淀的半纖維素組分HC_(15%)的支鏈結(jié)構(gòu)少,很難進(jìn)行羧甲基化改性;而高濃度75%乙醇沉淀的半纖維素組分HC_(75%)由于支鏈結(jié)構(gòu)較多,更易發(fā)生羧甲基化。30%乙醇沉淀出的半纖維素組分具有較少的支鏈,且分子量最大,當(dāng)被羧甲基改性后,對(duì)紙頁(yè)強(qiáng)度的增強(qiáng)效果最明顯,僅1%含量即可使紙頁(yè)的抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和抗張能量吸收指數(shù)分別提高27.8%、29.5%和40.6%。2.以半纖維素為原材料,提出一種簡(jiǎn)單、高效的熒光碳量子點(diǎn)的制備方法(水熱焦堿性氧化分解法)。與目前從生物質(zhì)水熱懸浮液得到碳量子點(diǎn)的低得率方法不同,該方法可將大量的水熱焦高效、高得率轉(zhuǎn)變?yōu)樘剂孔狱c(diǎn),得率可達(dá)42.5%(基于生物質(zhì))和99.0%(基于水熱焦)。碳量子點(diǎn)的理化性能可通過(guò)反應(yīng)溫度來(lái)調(diào)節(jié),其中熒光量子效率高達(dá)16.6%。研究表明量子效率與碳量子點(diǎn)表面官能團(tuán)和碳核中共軛π域有關(guān)。此外,所制備的碳量子點(diǎn)溶液熒光夠被Cu~(2+)特異性猝滅,且在0-30μmol L~(-1)成線性關(guān)系,檢測(cè)限為85 nmol L~(-1)。因此,碳量子點(diǎn)能夠做為Cu~(2+)的納米熒光探針。3.以羧甲基化半纖維素為基體、聚乙烯醇和半纖維素碳量子點(diǎn)為添加劑,通過(guò)溶液澆鑄成膜法制備了具有優(yōu)異紫外光屏蔽功能的綠色、可降解復(fù)合膜,并探討了碳量子點(diǎn)對(duì)復(fù)合膜的紫外光屏蔽效果以及機(jī)械性能的影響。結(jié)果表明,碳量子點(diǎn)在復(fù)合膜中均勻分散,與半纖維素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵,有效提高了半纖維素/聚乙烯醇復(fù)合膜的機(jī)械性能。當(dāng)碳量子點(diǎn)含量為1.92%時(shí),抗張強(qiáng)度和彈性模量分別提高了114.3%和90.7%,而斷裂伸長(zhǎng)率則沒(méi)有明顯的變化。此外,碳量子點(diǎn)在復(fù)合膜中仍然具有明顯的熒光特性,具有典型的激發(fā)與發(fā)射光譜,能夠有效吸收紫外光,并轉(zhuǎn)化成藍(lán)綠光,且隨著碳量子點(diǎn)含量增加,轉(zhuǎn)化效果增強(qiáng)。此外,制備的復(fù)合膜具有良好的透明性好。因此,該復(fù)合膜有望用于農(nóng)業(yè)與食品領(lǐng)域中。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：Q77
【圖文】：

部分半纖維素還含有糖醛酸如半乳糖醛酸和葡糖醛酸等，部分糖及糖醛酸結(jié)構(gòu)如圖1-1 所示。按照含有的主要單糖不同，半纖維素被分為四種類(lèi)型，分別是木聚糖、甘露聚糖、β -葡聚糖和木糖葡聚糖[10]。圖 1-1 半纖維素中主要單糖及糖醛酸結(jié)構(gòu)式Fig.1-1 The structure of mainly monosaccharide in hemicellulose.1.2.1.1 木聚糖類(lèi)半纖維素木聚糖是最常見(jiàn)的半纖維素。根據(jù)不同植物中提取的結(jié)構(gòu)不同，木聚糖可分為均聚木聚糖和雜化木聚糖。藻類(lèi)植物的木聚糖是一種均聚高分子，它是木糖通過(guò)β -（1-3）糖甘鍵或β -（1-3,1-4）糖甘鍵按一定順序連接而成的高分子[11]。而從雙子葉植物（如黃麻、樹(shù)皮等）提取的葡萄糖醛酸木聚糖是在主鏈木糖單元的二號(hào)位上接枝了 4-O-甲基-α -D-葡萄糖醛酸，形成的帶有支鏈的高分子，稱(chēng)為雜聚木聚糖。雜聚木聚糖如（阿拉伯）葡糖醛酸木聚糖（AGX）是甲基葡萄糖醛酸和α -L-阿拉伯糖連接在β -（1-4）-D-吡喃木糖骨架 2 號(hào)位 C 上而形成的聚糖，它是草類(lèi)和谷物類(lèi)細(xì)胞壁中半纖維素的主要成分。另外一些由幾種單糖連接的木聚糖類(lèi)型的結(jié)構(gòu)則更為復(fù)雜。木聚糖在雙子葉植物中（硬木和草本植物）占生物質(zhì)的 20-30%，在一些禾本植物和谷物中含量甚至高達(dá) 50%。木聚糖豐富的含量使其在制備可持續(xù)的綠色的生物高分子材料的研究中受到廣泛關(guān)注。木聚糖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，其功能與應(yīng)用也不一樣。如小麥粉中提取的木聚糖可用于食品領(lǐng)域，作為面包的添加劑；還可以用來(lái)制作食品中的可食性復(fù)合膜[12]，?

第一章 緒論Ⅱ型阿拉伯半乳聚糖的結(jié)構(gòu)，α -呋喃阿拉伯糖作為中間取代基團(tuán)以單糖、二糖或三糖形式分別連接或者同時(shí)連接在 O2、O3 位上，如圖 1-2 所示[23]。由于 AGs 具有分子量小、分子量分布窄以及溶液粘度低等特點(diǎn)，使其在蛋白質(zhì)分離、藥物載體等方面具有很大應(yīng)用潛力。

另外，堿性過(guò)氧化氫體系不會(huì)影響半纖維素的整體結(jié)構(gòu)。Sun 等人氧化氫從稻草秸稈中高效分離出了半纖維素。研究認(rèn)為，堿性溶液中的過(guò)氧，產(chǎn)生氧根離子（HOO-）或者羥基自由基（HO），使木質(zhì)素結(jié)構(gòu)發(fā)生氧化，導(dǎo)致木質(zhì)素與半纖維素之間的化學(xué)鍵斷裂。這種方法提取的半纖維素組成復(fù)雜，不利于其精細(xì)化利用[29]。Xu 等人[30]利用不同濃度 NaOH 和 KO淀出水溶性和堿溶性半纖維素組分。結(jié)果表明這些組分中單糖的組成和連量等各不相同。Bian 等人[31]通過(guò) KOH 抽提、梯度乙醇沉淀從檸條中獲得半纖維素，低濃度乙醇沉淀得到的半纖維素支鏈少，分子量高。Guan 等同濃度硫酸銨溶液從竹子中分級(jí)提取出多種組半纖維素，流程如圖 1-3 所法目前仍然是半纖維素提取的主流方法，并且隨著研究的深入，方法和體性，半纖維素的提取效率也越來(lái)越高。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 潘海燕;羧甲基纖維素作為紙板生產(chǎn)中濕部助劑的實(shí)驗(yàn)研究[J];國(guó)際造紙;2004年06期

本文編號(hào)：2799949