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木质素基吸附材料的制备、染料吸附性能及其机制研究

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木质素基吸附材料的制备、染料吸附性能及其机制研究

作者：任建鹏南京林业大学

学位级别：硕士

木质素是自然界储量仅次于纤维素的一种生物质资源,其广泛存在于木本以及草本植物细胞壁中,帮助植物细胞壁获得良好的强度和在维管系统中输送水分和盐分。当前工业木质素主要来自制浆造纸工业的化学制浆过程,因其结构的复杂性,木质素很... 详细信息

木质素是自然界储量仅次于纤维素的一种生物质资源,其广泛存在于木本以及草本植物细胞壁中,帮助植物细胞壁获得良好的强度和在维管系统中输送水分和盐分。当前工业木质素主要来自制浆造纸工业的化学制浆过程,因其结构的复杂性,木质素很长一段时间没有得到充分的利用,但是由于其低成本、可再生和环境友好等优点,木质素的开发利用一直受到许多研究者们的关注。近些年来,木质素在化工、医学、能源、食品和农林等领域已展现广阔的应用价值和前景。本课题研究便是基于木质素的结构、高含碳量以及功能基团,制备了木质素基碳材料、木质素/蒙脱土复合气凝胶材料和木质素/纤维素复合水凝胶材料,研究了三种吸附材料对水溶液中染料离子的吸附性能和吸附机理。具体研究内容与结果如下:(1)以木质素磺酸钠(LS)为原料,戊二醛作为交联剂,通过活化碳化法制备了木质素基吸附碳材料(LC),并探讨了作为吸附剂用于阳离子型染料孔雀石绿的吸附。考察了戊二醛添加量、LC用量、溶液pH值、染料溶液的初始浓度、吸附时间以及温度对吸附性能的影响。木质素与戊二醛的质量比为2:1时,木质素基碳材料对孔雀石绿的最佳吸附条件为:pH值为8,LC碳材料用量为25 mg,染料初始浓度为300 mg/L,温度为55℃、吸附时间为2 h,最佳吸附量为750.03 mg/g;LC碳材料对孔雀石绿的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温线模型,以化学吸附作用占主导的单分子层吸附,其内扩散模型表明该吸附过程由内扩散、边界层扩散和平衡过程共同影响;热力学研究说明LC碳材料对孔雀石绿的吸附为熵增和自发进行的吸附过程。(2)以碱木质素(AL)、蒙脱土为原料,将Mg掺杂进入制备了木质素/蒙脱土复合气凝胶材料(L-M-T),研究其吸附染料的性能。L-M-T复合材料作为吸附剂吸附刚果红染料,其最佳吸附条件为:L-T与Mg质量比为2:1,pH值为8,染料初始浓度为300 mg/L,吸附时间为300 min,温度为55℃。最大吸附量为282.09 mg/g。L-M-T对刚果红的吸附符合以化学吸附占主导的准二级动力学模型;Freundlich等温吸附模型能更好的拟合该吸附数据,说明该吸附过程为非均相的多分子层吸附;内扩散模型表明边界层扩散是影响该吸附速率的主要因素;热力学分析表明该吸附过程在较高温度下,属于熵增自发进行。(3)以木质素磺酸钠、纤维素为原料,采用0.1%的醋酸溶液作为溶剂,制备了木质素/纤维素水凝胶材料,并探讨了其作为吸附剂对刚果红和孔雀石绿两种染料离子的吸附性能研究,考察了溶液pH值,吸附时间和温度对吸附性能的影响。研究结果表明,木质素/纤维素水凝胶材料对于染料刚果红的最佳吸附条件为:吸附时间为4 h,pH值为6,吸附温度为45℃,其吸附过程符合Langmuir等温模型和准二级动力学模型,属于单分子层吸附,最大吸附量为294.01 mg/g;对于孔雀石绿最佳吸附条件为:吸附时间为4 h,pH值为4,吸附温度为60℃,其吸附过程符合Freundlich等温模型和准二级动力学模型,属于化学吸附主导的多分子层吸附,最大吸附量为129.82 mg/g。

关键词：木质素碳材料凝胶材料染料吸附

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重组弹性蛋白的制备及其凝胶的性质研究

重组弹性蛋白的制备及其凝胶的性质研究

作者：李佳楠兰州大学

学位级别：硕士

弹性蛋白是人体内一种重要的结构蛋白,广泛存在于血管、肺、韧带、皮肤等结缔组织中。它有着维持组织形态,赋予组织伸缩形变的功能。弹性蛋白作为医用材料的理想原料,具有良好的生物相容性。利用基因重组制备的弹性蛋白,具有序列可控、... 详细信息

弹性蛋白是人体内一种重要的结构蛋白,广泛存在于血管、肺、韧带、皮肤等结缔组织中。它有着维持组织形态,赋予组织伸缩形变的功能。弹性蛋白作为医用材料的理想原料,具有良好的生物相容性。利用基因重组制备的弹性蛋白,具有序列可控、成本低廉、可大规模生产及免疫原性低等优势,是目前弹性蛋白最佳的获取方式。因此,如何在原核生物重组体系内高效表达和纯化弹性蛋白,并制备高力学强度、高生物活性的弹性蛋白医用材料,是组织工程领域的热点问题。本论文旨在设计和开发一种高效的弹性蛋白表达体系,解决现有重组弹性蛋白体系序列单一、仿生度较差等问题;在此基础上,以高活性重组弹性蛋白为原料,制备机械强度高、生物相容性好的弹性蛋白凝胶,为皮肤修复敷料、人工皮肤等医用材料的研发提供新的应用策略,主要内容如下:1.以人源全长弹性蛋白作为序列设计的主要参考来源,选取其中的关键结构域,构建重组人源弹性蛋白序列RE(Recombinant Elastin);同时在RE序列N端引入Sc12折叠结构域(V-foldon),构建重组融合弹性蛋白RFE(Recombinant Fusion Elastin)。利用重组大肠杆菌BL21体系进行高效表达,再通过镍离子亲和色谱法进一步纯化,制备高纯度的重组人源弹性蛋白与重组融合弹性蛋白。2.天然弹性蛋白具有可逆相变的特征性质。可逆相变实验表明,重组人源弹性蛋白RE具有与天然弹性蛋白相近的温敏聚集行为。圆二色谱实验结果表明重组人源弹性蛋白RE具有天然弹性蛋白的二级结构。在此基础上,使用四羟甲基氯化磷(THPC)对重组人源弹性蛋白RE进行交联改性,制备出性质稳定、力学性能优异的弹性蛋白凝胶材料。该凝胶材料微观尺度上具有规整、均一的三维网孔状结构;材料具有良好的生物活性,能够支持细胞在材料表面存活并增殖。在动物实验中,该凝胶无免疫排斥反应,有效的减轻了创面的炎症,促进了小鼠受损皮肤的愈合再生过程,在皮肤医学等领域具有较高的临床应用价值。3.重组融合弹性蛋白RFE同样具有可逆相变的温敏聚集特性,同时V-foldon结构域明显增加了弹性蛋白二级结构的有序性,并调控弹性蛋白的相变聚集过程,使其呈现三聚体的聚集过渡态,进而使得重组蛋白的相变温度降低,更接近于天然弹性蛋白的性质。此外,相较于人源弹性蛋白RE,重组融合弹性蛋白RFE具有更高的蛋白表达量,相近的生物活性与交联能力,所形成的凝胶材料作用于小鼠皮肤紫外损伤模型,也具有良好的修复效果。

关键词：弹性蛋白重组大肠杆菌可逆相变凝胶材料皮肤修复

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纤维素基功能材料

工程科学与技术 2019年第3期51卷 9-16页

作者：杜开峰乔亮智四川大学化学工程学院四川成都610065

纤维素是地球上最为丰富的生物质资源,具有易降解、可再生、无毒性且廉价易得等优点,可以代替石化资源生产各种高附加值功能材料。从纤维素资源利用出发,综述了近年来纤维素基功能材料的最新研究进展,重点介绍4种主要形态纤维素材料的... 详细信息

纤维素是地球上最为丰富的生物质资源,具有易降解、可再生、无毒性且廉价易得等优点,可以代替石化资源生产各种高附加值功能材料。从纤维素资源利用出发,综述了近年来纤维素基功能材料的最新研究进展,重点介绍4种主要形态纤维素材料的功能及其应用。内容包括:纤维素多孔微球合成和孔结构调控,及其在吸附分离和药物释放领域的研究进展;纤维素水凝胶和气凝胶及其在医用、诊断、电极、分离材料领域的最新开发与应用进展;其他纤维素基功能材料,如高透光度和高韧性的纤维素膜、高韧性和可编织性的纤维素纤维材料,以及在纺织、光电及智能材料领域的应用。最后对纤维素基功能材料的未来发展提出一些设想,并讨论了在发展过程中面临的关键科学问题,为纤维素基功能材料下一步的研发和应用提供有价值的参考和指导。

关键词：资源开发纤维素微球凝胶材料吸附分离智能诊断

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新型矿井凝胶防灭火材料的特性试验研究

山西煤炭 2018年第3期38卷 51-54页

作者：王海鹏潞安集团李村煤矿山西长治046600

随着煤矿开采节奏的加快,巷道变深,工作面变高,采空区遗煤或高瓦斯的存在,加大了煤层自燃的可能,而现有的各类矿井防灭火材料又有较多的缺陷,研发新型矿山防灭火材料十分必要。通过试验对凝胶材料的种类及配比进行了参数测试,最终得到... 详细信息

随着煤矿开采节奏的加快,巷道变深,工作面变高,采空区遗煤或高瓦斯的存在,加大了煤层自燃的可能,而现有的各类矿井防灭火材料又有较多的缺陷,研发新型矿山防灭火材料十分必要。通过试验对凝胶材料的种类及配比进行了参数测试,最终得到新型凝胶防灭火材料的最佳配比为:发泡剂选取烷基磺酸盐与烷基苯磺酸钠质量比为1:1,浓度取4‰;稠化剂与交联剂质量比为5:5,浓度取3‰。采用此配比配置的浆液可泵性好,并且具有较高的成泡性,泡沫质量稳定,灭火效果较好。

关键词：凝胶材料采空区自燃成膜性发泡倍数

溶解纤维素-PVA复合凝胶的制备及其性能研究

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中国造纸学报 2019年第1期34卷 31-35页

作者：张莉莉司玉丹王志国范一民南京林业大学化学工程学院江苏南京210037 南京林业大学轻工与食品学院江苏南京210037

将微晶纤维素溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶剂体系,并与聚乙烯醇(PVA)NMMO溶液混合,采用溶胶-凝胶工艺制备纤维素-PVA复合凝胶,探究不同凝固浴对复合凝胶性能的影响,并利用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)等... 详细信息

将微晶纤维素溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶剂体系,并与聚乙烯醇(PVA)NMMO溶液混合,采用溶胶-凝胶工艺制备纤维素-PVA复合凝胶,探究不同凝固浴对复合凝胶性能的影响,并利用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段考察了复合凝胶的晶体结构、热稳定性、微观结构等性能,讨论基于NMMO溶剂体系纤维素与PVA复合的成胶机理。结果表明,与分别以水及无水乙醇为凝固浴制得的复合凝胶相比,以20%NMMO/1%硼砂为凝固浴制得的复合凝胶无裂纹,且具有良好的韧性,机械性能最佳;经NMMO溶解后制得的纤维素凝胶由纤维素Ι型转变为纤维素Ⅱ型,而经1%硼砂交联后制得的纤维素-PVA复合凝胶在2θ=13.18°和19.46°处出现新的结晶峰,其为PVA的衍射峰,说明纤维素与PVA交联复合;热重分析显示,与纤维素凝胶相比,纤维素-PVA复合凝胶的热稳定性显著提高,热降解初始温度从270℃升高至280℃左右;利用SEM可观察到经硼砂交联后的纤维素-PVA复合凝胶的孔隙约500nm,相对于纤维素凝胶,其孔隙结构更均匀紧凑。

关键词： N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO) 纤维素聚乙烯醇(PVA) 凝胶材料

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剪切增稠胶智能复合材料的研究进展

化工新型材料 2021年第4期49卷 52-56页

作者：宗昊魏汝斌董彬王小伟翟文刘忠民山东非金属材料研究所济南250031 山东师范大学济南250014

剪切增稠胶(STG)是一种新型的功能材料,其"轻折柔软,高冲硬化"的特性非常适合在人体防护等领域应用。概述了国内外STG的发展历程及研究动态,介绍了STG在人体防护等方向的实际应用,并对其剪切增稠机理进行了分析。针对近年来该领域涌现... 详细信息

剪切增稠胶(STG)是一种新型的功能材料,其"轻折柔软,高冲硬化"的特性非常适合在人体防护等领域应用。概述了国内外STG的发展历程及研究动态,介绍了STG在人体防护等方向的实际应用,并对其剪切增稠机理进行了分析。针对近年来该领域涌现出的新型防护材料,重点提出了多功能STG、智能复合防护材料等创新研究思路。对未来STG领域的研究以及新型防护材料的发展进行了初步的展望。

关键词：剪切增稠凝胶材料智能防护柔性装甲