纖維素納米晶體及其復合物的制備與應用研究.pdf

1、纖維素納米晶體（Cellulose nanocrystals，CNs）是一種新型的生物質基納米材料，因具有高純度、高結晶度、高楊氏模量、高強度等特性，加之具有生物材料的輕質、可降解、生物相容及可再生等特性，適于作為高性能復合材料的填充物。纖維素納米晶體通過對其表面進行化學功能化改性，以及與無機功能化納米材料復合，被賦予了更多的性能，也使其在眾多領域中顯現出巨大的應用前景。
　　論文研究了纖維素納米晶體的制備及其功能化改性，并以制得

2、的纖維素納米晶體為模板，分別制備了納米Ag、Ag-Pd合金和Fe2O3與纖維素納米晶體的復合物，對復合物作為高分子材料的多功能填料、DNA電化學生物傳感器標記物及水處理吸附材料進行了詳細研究。主要創(chuàng)新點如下：采用堿溶脹法對纖維素進行預處理，通過TEMPO/NaClO/NaBr氧化制備了纖維素納米晶體；以纖維素納米晶體為模板，制備纖維素納米晶體與Ag-Pd合金和Fe2O3的復合物，并將復合物分別應用于DNA電化學生物傳感器標記物及水處理吸

3、附材料。
　　采用硫酸催化水解法，以微晶纖維素（microcrystalline cellulose，MCC）為原料，制備尺寸范圍在長100～200 nm，寬10～20 nm的纖維素納米晶體粒子，纖維素納米晶體的晶型與原料MCC一致。并用TEMPO/NaClO/NaBr氧化體系對制備的纖維素納米晶體進行表面羧基化改性，羧基化改性纖維素納米晶體的晶型同樣未發(fā)生變化。另外，在非酸體系中，以TEMPO/NaClO/NaBr氧化體系對堿預

4、先溶脹的MCC進行氧化處理，制備了同樣形貌及尺寸范圍的纖維素納米晶體粒子。
　　以羧基化改性纖維素納米晶體（carboxylated cellulose nanocrystals，CCNs）為載體，通過液相化學法制備了 CCNs與 Ag納米粒子（Ag nanoparticles，AgNPs）的復合物（CCNs/AgNPs），并分別與水性聚氨酯（WPU）和聚乙烯醇（PVA）復合制備功能化高分子復合物。分析結果顯示WPU/CCNs復合

5、物的玻璃化轉變溫度和熱穩(wěn)定性隨著CCNs添加量的增加而升高，CCNs的添加使得WPU復合膜的拉伸強度出現先升高后降低的趨勢，復合物的斷裂伸長率降低。與WPU/CCNs復合物不同的是，CCNs的添加使PVA復合物的玻璃化轉變溫度降低，熱穩(wěn)定性能增強，拉伸強度明顯提高。此外，AgNPs的添加使WPU復合物和PVA復合物對大腸桿菌和金黃葡萄球菌表現出良好的抗菌性能。
　　利用纖維素納米晶體表面的羧基，在乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳

6、二亞胺（EDC）和N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）作用下與探針DNA（probe DNA）分子上的-NH2反應生成酰胺鍵（-CONH-），使探針 DNA與 CCNs/AgNPs復合物連接，制備成具有電化學活性的CCNs/AgNPs-probe DNA探針。CCNs/AgNPs-probe DNA探針與目標PAT基因和非互補DNA的電化學檢測結果表明，以CCNs/AgNPs作為DNA標記物的電化學生物傳感器對PAT基因片段的檢測具有很好的選擇

7、性，Ag的電化學信號與PAT基因片段濃度在1.0×10-10 mol/L到1.0×10-7 mol/L范圍內呈良好的線性關系，檢測限為2.3×10-11 mol/L。結果表明，纖維素納米晶體可用于DNA生物分子固定；CCNs/AgNPs作為DNA電化學生物傳感器中探針DNA的標記物，制備的電化學生物傳感器可用于PAT基因片段的檢測。
　　使用羧基化改性纖維素納米晶體水分散液作為反應體系，以硼氫化鈉為還原劑，采用共還原沉淀法制備了A

8、g-Pd合金納米粒子。合金粒子的平均粒徑小于AgNPs和鈀納米粒子（Pd nanoparticles，PdNPs）的平均粒徑，且隨著Ag含量的增加，合金粒子的平均粒徑減小。CCNs/Ag-Pd復合物作為標記物與探針DNA結合，經探針DNA與目標DNA發(fā)生雜交反應后，可同時產生Ag和Pd的電化學信號，表明CCNs/Ag-Pd復合物可作為標記物用于DNA電化學生物傳感器。
　　采用水熱法，以纖維素納米晶體為穩(wěn)定劑制備了不同形貌的氧化鐵

9、納米粒子。通過TEM、XRD、FT-IR對纖維素納米晶體與氧化鐵納米粒子（CNs/Fe2O3）復合物的形態(tài)進行了表征。將制備的CNs/Fe2O3復合材料作為吸附材料用于水處理，同時還考察了試劑Fe2O3、MCC和纖維素納米晶體的在水體系中的吸附性能。選取金屬陽離子 Cd2+、Pb2+和Ni2+，陰離子Cr2O72-、AsO43-和PO43-作為吸附性能研究對象。結果表明，四種吸附材料對幾種離子均有一定的吸附性能。相比于單一的吸附材料，由