Xylanär den huvudsakliga typen av hemicellulosa, som ofta används som modellmaterial av hemicellulosa. Det har fördelarna med bred källa, lågt pris, förnybart, biologiskt nedbrytbart, god biokompatibilitet och så vidare. För närvarande fokuserar forskningen av xylanbaserade material huvudsakligen på framställning av membran, hydrogeler och andra fält, men xylaner är heteropolysackarider, med komplex molekylär struktur, olika sockerenheter, korta molekylära kedjor och multiförgrening. De beredda membranen och hydrogelerna har dåliga mekaniska egenskaper, och deras fördelar har inte bringats i full spel. Jämfört med cellulosa och lignin, de tre huvudkomponenterna i växter, har xylanmolekyler fördelarna med enkel upplösning, hög tillgänglighet och högt hydrotermiskt kolutbyte.
Detta dokument utnyttjar dessa fördelar med xylan till fullo. Å ena sidan är xylan och oorganiska nanomaterial sammansatta på molekylär nivå, och en mängd nya xylan / oorganiska nanokompositer utvecklas; Å andra sidan, genom hydrotermisk karbonisering, förbereddes och applicerades xylan-kolsfärer och grafenkvantprickar effektivt på retentions- och dräneringshjälpmedel, Raman-förbättring, superkondensatorer respektive jondetektering, vilket breddade applikationsfälten för xylan och insåg det värdefulla utnyttjandet av xylan.
Det huvudsakliga forskningsinnehållet är följande:
1. Beredning av xylan passiverade grafenkvantprickar och dess selektiva spårdetektion av fe3+:
Grafenkvantprickar (gqds) framställdes genom ultraljud med grafit som råmaterial, N-metylpyrrolidon som lösningsmedel och natriumhydroxid som hjälpreagens. Gqds innehåller syrefunktionella grupper och har mindre ytdefekter, som ligger närmare strukturen hos originalgrafen, men gqds har låg löslighet i vatten och är lätta att agglomerera i vita fällningar.
I denna studie användes xylan för att passivera sin yta för att erhålla xylan passiverade grafenkvantprickar( GQDs@xylan )。 Jämfört med före passivering, GQDs@xylan Stabiliteten i vatten förbättras, kvantutbytet ökas också från 19,12% till 36,63% och fluorescenslivslängden ökas till 7,47ns. GQDs@xylan Fluorescensintensiteten hos påverkas mindre av pH och kan hållas i princip oförändrad i intervallet ph = 6 ~ 10. Som en fluorescerande sond realiseras den selektiva detekteringen av fe3+ i lösning baserat på den interna filtreringseffekten, och det linjära detektionsområdet är 0 ~ 75 μ M. Detektionsgränsen är 92,8 nm.
Denna studie utnyttjar fullt ut egenskaperna att flergrenade xylaner är lätta att bilda täta polymerskal. För första gången används xylaner för ytpassiveringsmodifiering av grafenkvantprickar, xylan / grafenkvantprickkompositer framställs och en effektiv fluorescerande sond för selektiv spårdetektering av fe3+ erhålles.
2. Beredning av guldsilverbimetalliska nanopartiklar genom grön reduktion av xylan och dess Raman-förbättringseffekt:
Med hjälp av xylan som reduktant och stabilisator, kloroaursyra som guldprekursor och torunreagens som silverprekursor framställdes kärnskalstrukturer med olika skaltjocklek i grön Au@Ag och Au Ag ihålig legering. Tillsatsen av xylan undviker användning av giftiga kemiska reagenser och förenklar syntesprocessen. Xylan lindad på ytan av nanopartiklar stabiliserar inte bara nanopartiklar och gör dem jämnt dispergerade i vattenlösning, utan förbättrar också dess förmåga att motstå H2O2-oxidation och korrosion, bildar heta fläckar mellan sammankopplade nanopartiklar och förbättrar ytan Raman-förbättringsprestanda för nanopartiklar. Kärnskalet med mer enhetlig form framställdes genom att optimera mängden xylan Au@Ag nanopartiklar, samtidigt som man undviker generering av nanosilverkluster. Jämfört med Au Ag-legering, rena Au- och rena Ag-nanopartiklar, xylanbelagd Au@Ag Raman-signalen av 4-merkaptobensoesyra har en starkare förbättringseffekt och detektionsgränsen når 1 nm. Dessutom kan xylanlindade Au@Ag Nanopartiklar detektera Sudan I, en livsmedelsförorening, med en detektionsgräns så låg som 0,126 ppm.
Med hjälp av de reduktiva ändgrupperna och makromolekylär kedjestrukturen i xylanmolekylkedjan undersökte denna studie metoden för framställning av guldsilverbimetalliska nanopartiklar med xylan som ett grönt reduktant och stabilisator och gav en enkel, grön och ultrakänslig ytdetekteringsteknik för livsmedels- / miljösäkerhetsbedömning.
3. Studie om syntes och prestanda av xylan-g-chitosan kvartärt ammoniumsalt / montmorillonitretention och dräneringshjälpmedel:
För att kombinera retentions- och dräneringsegenskaperna hos xylan, chitosan kvartärt ammoniumsalt och montmorillonit framställdes de skalade xylan-g-chitosan kvartära ammoniumsalt / montmorillonit (xylan-g-qcs) nanokompositerna genom klickkemisk reaktion och interkalationsreaktion som ett nytt retentions- och dräneringshjälpmedel.
För det första sätts chitosan kvartärt ammoniumsalt (QCS) in i skiktutrymmet för montmorillonit för att expandera skiktavståndet för montmorillonit, och sedan är molekylkedjan av xylan och QCS kopplad i skiktutrymmet för montmorillonit genom att klicka på kemisk reaktion. I denna process ökas skiktavståndet för montmorillonit ytterligare tills det avlägsnas.
Jämfört med de tre råvarorna har retentions- och dräneringsprestandan för xylan-g-qcs nanokompositer förbättrats avsevärt. Den maximala flockningseffektiviteten för kalciumkarbonat är 37,41%. När tillsatsmängden är 0,01 mg / g är slaggraden den lägsta.
Dessutom, genom att länka den negativt laddade xylan med det positivt laddade kvartära ammoniumsaltet av chitosan, undviks laddningsackumuleringen orsakad av QCS i ett slutet system. I denna studie ympades xylan och modifierades av klickkemi. Med xylan som polyanionelektrolyt har den många grenar och är lätt att hydrera och svälla. Samtidigt, i kombination med fördelarna med kitosan och montmorillonit, förbättrades retentions- och dräneringsegenskaperna hos xylan och en ny papperstillverkningsadditiv utvecklades.
4. Förberedelse och prestandastudie av xylan kolkula / grafen superkondensator:
Efter att xylan löstes i natriumhydroxid / urea-systemet framställdes kvävedopade xylankolsfärer (XCS) genom hydrotermisk karbonisering och därefter erhölls aktiverade xylankolsfärer (axcs) genom KOH-högtemperaturaktivering. Därefter tillsattes axcs och askorbinsyra till grafenoxidlösning samtidigt, och aktiverade xylankolsfärer / grafenoxidfilm (axcs / go) erhölls genom sugfiltrering, och sedan tillsattes askorbinsyra igen för att minska go. I processen med reduktion av kompositmembranet kommer go i det yttre skiktet att bli hydrofobt efter att ha reducerats till RGO, vilket förhindrar att reduktanten tränger in i membranets inre. Vid denna tidpunkt kan askorbinsyran i membranet minska gå in situ, och kolkulan som kontakt med grafenlamella ökar laddningsöverföringshastigheten mellan grafenskikten, så den specifika kapacitansen hos axcs / rgo-kompositmembranet förbättras. I dubbelelektrodsystemet är strömtätheten 1A? När g-1 har den en specifik kapacitans på 755mf / cm2, effekttätheten är 22,5 ~ 2250mw / cm2 och energitätheten är 11,88 ~ 25,2mwh / cm2. Efter 10000 cykler är kapacitansretentionsgraden 108,7%.
I denna studie framställdes xylankolsfärer genom att dra nytta av det höga utbytet av xylanhydrotermiskt kol, och elektrodmaterialen hos superkondensatorer framställdes genom sammansättning med grafen, vilket utvidgade applikationsfältet för xylan.
5. Studie om detektion av Cr (VI.) i vatten genom xylan själv passiverande monolagergrafenkvantprickar i kombination med mikrofluidisk kontroll:
Monolagergrafenkvantprickar (sgqds) framställs vanligtvis från aromatiska molekyler eller andra kolprekursorer med bottom-up-metoder.
I denna studie framställdes kvävesjälvopade grafenkvantprickar (n-sgqds) under hydrotermiska förhållanden för första gången med hjälp av naoh/ urea och xylan utan bensenring som föregångare. I denna process är xylan helt upplöst och bildar ett komplex med naoh/ urea. När karboniseras i hydrotermisk reaktion sönderdelas urea och frigör ammoniak och koldioxid, vilket främjar bildandet av monolagergrafenkvantprickar och hindrar deras interaktion och agglomeration. De beredda grafenkvantprickarna är dopade med 1,38% kväve, kvantutbytet är 23,8%, fluorescenslivslängden är 5,76ns och ytan är själv passiverad av ofullständig karboniserad xylan, vilket undviker agglomerering av kvantprickar. Xylans själv passiverade monolagergrafenkvantprickar har god selektivitet och känslighet när de används som en fluorescerande sond för att detektera Cr (VI.) i vatten. Passiveringsskiktet undviker interferens av andra joner i vatten och kan endast skadas av starka oxidanter som Cr (VI). Det linjära detektionsområdet för Cr (VI.) är 5 ~ 150 μ M. Detektionsgränsen är endast 4,1 μ M。 Genom att bädda in kvantprickar i hydrogeler och integrera dem i mikrofluidiska chips realiseras den visuella detekteringen av Cr (VI).
I denna studie omvandlades xylos hydrotermisk till kvävedopade enskiktsgrafenkvantprickar. Med hjälp av naoh/ urea tillhandahölls ett nytt sätt att framställa enskikts grafenkvantprickar med icke aromatiska molekyler, och en enkel och enkel visualiseringsmetod tillhandahölls för övervakning av vattenmiljön.