基于低温溶解制备的甲壳素新材料

摘要

甲壳素是自然界中储量仅次于纤维索的第二大可再生资源，是未来的主要化工原料之一，广泛存在于节肢动物外骨骼、甲壳类动物的外壳和昆虫的角质层。甲壳素是一种N-乙酰基-D-氨基葡萄糖（葡萄糖）的线性多糖，通过αβ(1→4）糖苷键连接。甲壳素具备生物相容性，生物可降解性、高亲水性、高化学活性等优点，已受到了越来越多的关注，但是由于其在一般的溶剂中很难溶解，限制了它的研究和开发。据报道，只有很少的溶剂如LiCl/DMAc和离子液体可以溶解甲壳素并且制备甲壳素材料。本工作利用我们实验室研发的新溶剂（氢氧化钠/尿素水溶液）通过冷冻-熔融溶解甲壳素，构建甲壳素功能性材料，并通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)、动态力学分析(DMA)、流变仪、紫外-可见光谱仪(UV)、荧光光谱仪(FL)和力学性能试验等表征材料的结构和性能，并研究它们之间的构效关系，由此构建生物质基功能性材料并评价它们的应用前景。 本工作的主要创新点如下:使用氢氧化钠/尿素水溶液低温下成功溶解甲壳素，并构建甲壳素功能性材料。如具有对重金属离子有效吸附功能的甲壳素/纤维素共混膜，具有对染料强吸附力的甲壳素水凝胶，具有对Cd2+强吸附能力的Fe3O4磁性甲壳素微球，具有抗菌能力的Ag2Mo2O7/甲壳索凝胶膜。它们将应用在农业，环境，医用等领域。 本论文的主要研究内容和结论包括以下几部分。 使用7wt％NaOH/12wt％尿素水溶液通过冷冻-熔融成功溶解甲壳素，得到透明的甲壳素浓溶液。将甲壳素溶液与纤维素溶液共混后制备甲壳素/纤维素共混膜。对共混膜结构和性能以及吸附功能进行了系列表征，实验结果证明该膜不仅具有良好的力学性能，还具有高效的吸附重金属离子Hg2+的能力，且能再生重复使用。 用8wt％NaOH/4wt％尿素水溶液低温溶解甲壳素，以环氧氯丙烷为交联剂制备出甲壳索水凝胶。通过系列实验表征水凝胶的结构和性能以及吸附水中的孔雀绿染料的能力。实验结果表明，该水凝胶具有较大的表面积及均匀的多孔结构，对孔雀绿染料有良好的吸附性能。 首先用NaOH，HCl，H2O2对甲壳素粉末进行纯化，将纯化后的粉末溶液11wt％NaOH/4wt％尿素水溶液中通过冷冻-熔融制得高浓度的甲壳素溶液。通过溶胶-凝胶相转变制备甲壳素微球。以微球内部的微孔为微反应器，原位合成Fe3O4磁性纳米粒子，成功制备Fe3O4磁性甲壳索微球。使用该球对重金属离子Cd2+进行动态吸附试验，结果表明，该球对重金属离子Cd2+具有优良的吸附能力。吸附行为符合Thomas模型，即在均一表面发生单层吸附。 配置高浓度的甲壳素溶液成功制备甲壳素凝胶膜。以膜内部的微孔为微反应器，原位合成Ag2Mo2O7纳米粒子，得到Ag2Mo2O7/甲壳素凝胶膜。使用该膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行抑菌试验。结果表明Ag2Mo2O7/甲壳素凝胶膜具有很强的抑菌能力，能在较短的时间内杀死大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。 将不同浓度的甲壳素水凝胶用于杂交油菜的育种上。甲壳素水凝胶因其较大的表面积，亲水的甲壳素分子链和均匀的多孔结构等特点，使其具有良好保水性能。对比不同浓度的培养基如琼脂凝胶及土壤，结果表明，甲壳素水凝胶中油菜种子的发芽率及其他生长参数均高于琼脂凝胶，且接近于土壤，说明甲壳素水凝胶能有效地应用在种子的无土栽培上。 本文利用我们具有自主知识产权的甲壳素“绿色”新溶剂成功创建出各种甲壳素功能性材料，并研究了结构与性能之间的关系。成功构建出一系列甲壳素/纤维素共混膜，甲壳素水凝胶，Fe3O4磁性甲壳素微球，Ag2Mo2O7/甲壳素凝胶膜等功能材料。这些基础研究结果为可再生资源类功能材料的设计、制备及应用提供了重要科学理论与依据，且符合可持续发展的战略。因此本论文具有重要的学术价值和应用前景。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1甲壳素的来源、结构及性质

1．2甲壳素在各领域的应用研究进展

1．3研究的目的及意义

参考文献

第2章甲壳素／纤维素共混膜对汞金属离子的高效吸附研究

2．1引言

2．2实验部分

2．3结果与讨论

2．4结论

参考文献

第3章甲壳素水凝胶对孔雀绿染料的吸附作用

3．1引言

3．2实验部分

3．3结果与讨论

3．4结论

参考文献

第4章Fe3O4磁性甲壳素微球对重金属Cd2+的动态吸附行为

4．1引言

4．2实验部分

4．3结果与讨论

4．4．结论

参考文献

第5章Ag2Mo2O7甲壳素凝胶膜的制备及其抑菌性能的研究

5．1引言

5．2实验部分

5．3结果与讨论

5．4．结论

参考文献

第6章甲壳素水凝胶在种子的发芽与生长中的应用研究

6．1引言

6．2实验部分

6．3结果与讨论

6．4结论

参考文献

论文及专利目录

致谢