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天然高分子静电纺丝水处理膜的研究进展

高分子通报 2022年第3期 28-36页

作者：李亢悔蔡佳伟张自航吴述平高分子材料研究院江苏大学材料科学与工程学院镇江212013

膜分离技术具有高效、节能、选择性好、操作简单等优点,是目前非常流行的水处理技术,有着巨大的应用前景。静电纺丝纳米纤维膜以其高孔隙率、孔径均匀、比表面积大、易于制备等独特性能已成为膜分离技术的重要发展方向。本文综述了一维... 详细信息

膜分离技术具有高效、节能、选择性好、操作简单等优点,是目前非常流行的水处理技术,有着巨大的应用前景。静电纺丝纳米纤维膜以其高孔隙率、孔径均匀、比表面积大、易于制备等独特性能已成为膜分离技术的重要发展方向。本文综述了一维纳米结构、核壳和中空结构以及多级结构静电纺丝纳米纤维材料的制备原理、结构和性能,着重介绍了以天然高分子材料制备的静电纺丝纳米纤维材料在重金属、染料吸附过滤,油水分离和海水淡化领域的研究进展和应用现状,展望了其应用前景和未来发展趋势。

关键词：静电纺丝纳米纤维天然高分子水处理

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天然高分子材料水凝胶的制备及其应用进展

高分子通报 2022年第8期 29-36页

作者：侯萍李铭马军陈冬梅樊伟伟三亚航空旅游职业学院三亚572000 三亚中瑞酒店管理职业学院三亚572014 海南热带海洋学院海南省热带海洋渔业资源保护与利用重点实验室热带海洋生物资源利用与保护教育部重点实验室三亚572022

水凝胶是一种由高分子聚合物构成的三维网络材料,用自然界中天然存在的高聚物及其衍生物材料构建水凝胶,具有生物相容性、环境敏感性高、生物可降解性和对环境无污染等优势。本文介绍了近几年天然高分子水凝胶材料在医药卫生、食品、农... 详细信息

水凝胶是一种由高分子聚合物构成的三维网络材料,用自然界中天然存在的高聚物及其衍生物材料构建水凝胶,具有生物相容性、环境敏感性高、生物可降解性和对环境无污染等优势。本文介绍了近几年天然高分子水凝胶材料在医药卫生、食品、农业和环保等领域的应用情况;并按材料来源的不同,分类综述了蛋白质、多肽类水凝胶,海藻多糖水凝胶,动物多糖水凝胶,植物多糖水凝胶,其改性和制备复合水凝胶的最新技术、功能特性以及应用领域;最后对天然高分子水凝胶制备的改进方向和重点应用领域进行了展望。

关键词：天然高分子水凝胶结构应用

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天然高分子基刺激响应性智能水凝胶研究进展

材料导报 2020年第21期34卷 21012-21025页

作者：范治平程萍张德蒙王文丽韩军聊城大学生物制药研究院聊城252059 聊城高新生物技术有限公司聊城252059 青岛明月海藻集团有限公司海藻活性物质国家重点实验室青岛266400

天然高分子基水凝胶具有优异的生物相容性、可降解性及生物学特性,因此在生物医药领域得到深入研究,而柔性器件、仿生材料等尖端产业的迅猛发展则进一步拓展了它的应用领域。刺激响应性水凝胶是指在周围环境刺激下凝胶网络发生形变、相... 详细信息

天然高分子基水凝胶具有优异的生物相容性、可降解性及生物学特性,因此在生物医药领域得到深入研究,而柔性器件、仿生材料等尖端产业的迅猛发展则进一步拓展了它的应用领域。刺激响应性水凝胶是指在周围环境刺激下凝胶网络发生形变、相变,进而产生溶胀-收缩或凝胶-溶胶转变的一类智能高分子材料。具有特异响应性的官能团、材料与天然高分子的结合,通常是赋予凝胶刺激响应性的主要方法。传统水凝胶材料虽已有产品面世,但部分产品仍存在以下问题:(1)含有大量合成高分子材料,且高分子材料合成工艺复杂、能耗大、成本高;(2)凝胶生物相容性和可降解性不理想,不适用于体内植入物等高端医用领域;(3)凝胶成型后性能单一且不可变,无法做到“智能”响应外界刺激,使用领域严重受限。与传统水凝胶相比,刺激响应性水凝胶因拥有空间、时间上的敏感性而引起人们的广泛关注。相关产品具有多重、可变、可控的性能,大大拓宽了其应用领域。近年来,天然高分子材料的蓬勃发展,则为刺激响应性水凝胶增添了新的机遇。目前,国内外学者对天然高分子基刺激响应性水凝胶的研究主要集中于:(1)开发具有优异基础性能并兼具良好生物相容性、生物可降解性的高端生物医用材料;(2)注重天然高分子结构改性,赋予材料多重刺激响应特性,制备具有多功能、可多领域应用的水凝胶;(3)新的非接触型刺激源的开发与利用;(4)已知具有确切疗效产品的临床转化。本文根据不同刺激源(物理刺激、化学刺激及生物化学刺激)重点介绍了以天然高分子为基底材料,具有温度响应、光响应、压力响应、电响应、磁响应、pH响应、氧化还原响应、离子响应、糖响应及酶响应水凝胶的设计方法、行为机理及其最新应用研究进展,并对该类水凝胶未来的研究方向进行了展望。

关键词：天然高分子水凝胶刺激响应性刺激敏感性生物材料智能凝胶

天然高分子粉末粘合剂的构建及医用敷料开发研究

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天然高分子粉末粘合剂的构建及医用敷料开发研究

作者：高颖北京化工大学

学位级别：硕士

一旦皮肤出现严重损伤,伤口需要迅速包扎,以防止感染、促进愈合。伤口愈合主要经历止血、炎症、增殖和重塑四个阶段。在临床上,生物粘合剂已部分取代缝合线和组织固定钉,将组织连接在一起,促进愈合、控制或防止出血。不过,在湿性环境下... 详细信息

一旦皮肤出现严重损伤,伤口需要迅速包扎,以防止感染、促进愈合。伤口愈合主要经历止血、炎症、增殖和重塑四个阶段。在临床上,生物粘合剂已部分取代缝合线和组织固定钉,将组织连接在一起,促进愈合、控制或防止出血。不过,在湿性环境下粘附仍然是生物粘合剂面临的一个巨大的挑战。在液体的存在下,粘附材料表面的水化层会阻碍粘合剂在表面形成相互作用或者造成膨胀应力,导致粘附失效。大多数医用粘合剂对血液或脂肪组织的粘附强度较低,提高粘合剂的湿性附着力是大量的研究热点。本论文的研究选取类似于细胞外基质的天然多糖和明胶作为材料,基于医用敷料的构建机制和粘附机理,制备了一系列集吸收渗液、保湿、止血促愈等功能为一体的新型天然高分子复合粘合剂,创新地提出粉末敷料的应用形式,可以适应不规则形状的伤口,快速吸收血液和伤口渗液形成水凝胶,与伤口形成稳定的粘附界面,使其能够完美地发挥其功能。本文第二章基于透明质酸衍生物(OHA)和明胶(Gel)交联构建粉末状粘合剂敷料。在本部分工作中,通过控制透明质酸分子量(高、中、低)、醛化度(高、中、低)、醛基和氨基的基团比例(1:2、1:1、2:1)等因素,制备不同配方的粉末粘合剂。在工业生产中,采取不同制备工艺对产品的性能也有一定的影响。本部分粉末粘合剂的制备分为两种方法:一是将OHA和Gel粉末直接混合即物理混合,另一种是将OHA和Gel预交联、再冻干粉碎即二次冻干。通过研究不同制备工艺,不同配方的粘合剂在力学性能、溶胀性及粘附性方面的差异,探究其粘附机理。通过配方的筛选研究,阐述了二次冻干工艺制备的产品机械性能优异,具有一定的溶胀性,且粘附力较强,可以达到20 k Pa以上。另外,明胶固化和粉末粘合剂形成水凝胶的内聚能在粉末粘合剂的流变性和粘附性中发挥主要作用。本文第三章工作是基于上一章OHA和Gel制备的单网络粉末粘合剂,进一步构建双网络交联(DN)的粉末粘合剂,引入了海藻酸钠(SA)和氯化钙(Ca Cl)作为第二重交联网络。通过控制SA的粘度和离子螯合程度以及这两个交联网络体系的混合比例(1:2、1:1、2:1),寻求粉末粘合剂的粘附能力和本体强度之间的平衡。通过对单、双交联网络粉末粘合剂在理化性质、溶胀性和粘附强度的对比研究,发现了SA/Ca Cl的加入提高了DN粘合剂的机械性能,降低了溶胀率,在保持粘附性不变的情况下,DN粘合剂较单网络OHA/Gel粘合剂可以吸收更多的界面水,克服了湿性粘附较差的影响。另外,当OHA/Gel体系和SA/Ca Cl体系以1+1质量比例混合时,内聚能和界面能达到平衡,粘附力最强。另外,本课题制备的粉末粘合剂生物相容性好,可体内降解,无明显炎症反应,有希望发展为集吸收渗液、保湿、止血促愈等功能为一体的新型天然高分子复合粘合剂。综上所述,本文针对目前粉末粘合剂在临床使用的不足,通过配方筛选和粘附机理的探究,构建了一系列基于天然高分子兼具力学性能和粘附性的粉末粘合剂,可以适应不同部位、不同类型的伤口治疗。另外,其较低的生产成本和环保的加工步骤,有希望发展成为可商业化的新型医用敷料。

关键词：天然高分子粉末粘合剂医用敷料组织粘附

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天然高分子基压电复合材料的研究进展

陕西科技大学学报 2023年第5期41卷 128-138页

作者：宗延张润王瑞琦张政陕西科技大学轻工科学与工程学院陕西西安710021

压电型天然高分子是近年来受到广泛关注的一种新型功能材料.它可以从植物或动物原料中获取,具有可降解、生物相容、无毒等一系列突出优点,有望代替传统压电陶瓷及合成压电高分子材料用于新一代环境友好型电子器件的开发.首先从分子层面... 详细信息

压电型天然高分子是近年来受到广泛关注的一种新型功能材料.它可以从植物或动物原料中获取,具有可降解、生物相容、无毒等一系列突出优点,有望代替传统压电陶瓷及合成压电高分子材料用于新一代环境友好型电子器件的开发.首先从分子层面阐述多糖、蛋白质等天然高分子材料的独特性质,总结了不同天然高分子基压电复合材料的构建方法.然后,介绍了天然高分子基压电复合材料在能量收集装置、磁电转换装置、传感器及驱动器等领域的具体应用.最后,指出了天然高分子基压电复合材料面临的挑战,并对其未来的发展前景进行了展望.

关键词：天然高分子压电复合材料构建应用研究进展

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天然高分子乳化特性研究进展

食品与发酵工业 2021年第24期47卷 308-313页

作者：邓伶俐罗仕园谭林立安建辉湖北民族大学生物科学与技术学院湖北恩施445000 生物资源保护与利用湖北省重点实验室(湖北民族大学) 湖北恩施445000 超轻弹性体材料绿色制造民委重点实验室(湖北民族大学) 湖北恩施445000 湖北民族大学新材料与机电工程学院湖北恩施445000

天然高分子因具有良好乳化特性被应用于构建食品乳液体系及改善食品体系乳化稳定性。该文首先简要介绍了传统乳液和一些新型乳液的结构类型,然后针对明胶、玉米醇溶蛋白、乳清分离蛋白和酪蛋白等蛋白类天然高分子,阿拉伯胶、果胶、瓜尔... 详细信息

天然高分子因具有良好乳化特性被应用于构建食品乳液体系及改善食品体系乳化稳定性。该文首先简要介绍了传统乳液和一些新型乳液的结构类型,然后针对明胶、玉米醇溶蛋白、乳清分离蛋白和酪蛋白等蛋白类天然高分子,阿拉伯胶、果胶、瓜尔豆胶、微晶纤维素、淀粉等多糖类天然高分子进行了详细介绍,主要涉及传统乳液及Pickering乳液和乳液凝胶等新型乳液。同时,对蛋白-多糖美拉德反应复合物形成过程及近年蛋白-多糖美拉德反应复合物乳液体系研究进行了简要介绍。最后结合分析了天然高分子作为乳化剂在食品领域的发展趋势。

关键词：天然高分子乳液稳定性蛋白多糖美拉德反应

天然高分子基有机/无机三维网络吸附剂的制备及吸附性能研究

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天然高分子基有机/无机三维网络吸附剂的制备及吸附性能研究

作者：王婷婷兰州理工大学

学位级别：硕士

近年来,具有三维网络结构的高分子吸附剂因其操作方便、性能设计可控以及对重金属、染料、抗生素等污染物较高的吸附能力而受到广泛关注,但制备成本高和吸附剂循环使用性差始终是制约其大规模应用的最主要因素。本论文基于固废资源-油... 详细信息

近年来,具有三维网络结构的高分子吸附剂因其操作方便、性能设计可控以及对重金属、染料、抗生素等污染物较高的吸附能力而受到广泛关注,但制备成本高和吸附剂循环使用性差始终是制约其大规模应用的最主要因素。本论文基于固废资源-油页岩半焦的有机-无机特点及矿物学属性,将其作为无机组分引入三维网络吸附剂,以期降低吸附剂成本的同时提升吸附性能。并通过天然高分子壳聚糖、黄原胶、瓜尔胶的接枝聚合反应,制备得到三种新型三维网络吸附材料。通过对阳离子染料吸附性能系统评价,研究了油页岩半焦以及不同天然高分子对聚合网络调整作用。并探究了通过碳化实现吸附剂再生的可能性。为进一步简化三维网络吸附剂制备流程,采用“活性挤出”工艺,以壳聚糖为接枝骨架,棒状纳米黏土矿物凹凸棒石为无机组分,制备得到一种新型三维网络吸附材料。“活性挤出”工艺将传统溶液聚合步骤缩短为“物料共混挤出-聚合干燥-成型粉碎”三步,极大缩短了吸附剂的制备流程。并通过黏土矿物用量等因素考察了吸附性能,探究了“活性挤出”工艺中吸附剂聚合机理,所得研究结果如下:(1)以壳聚糖(CTS)为接枝骨架,丙烯酸(AA)为接枝单体,固废资源油页岩半焦(SC)作为活性无机组分,通过溶液聚合法制备了新型三维网络吸附剂壳聚糖接枝聚丙烯酸/油页岩半焦(CTS-g-PAA/SC)。结果表明,复合吸附剂中对亚甲基蓝(MB)、和甲基紫(MV)的吸附性能随半焦添加量的增加呈先增加后降低的趋势。油页岩半焦含量为5%时,吸附剂对MB和MV的吸附容量可达到2016.78mg/g和1761.90mg/g。表征结果表明,油页岩半焦中存在的活性基团参与了三维网络结构的形成。但过多的油页岩半焦以物理填充形式存在于聚合网络中,导致吸附性能下降。碳化再生实验表明,吸附阳离子染料吸附剂经300℃半绝氧状态碳化2h再生性能最佳。吸附剂经两次碳化循环后表面功能基团完全钝化,可以安全回到土壤中去。(2)为进一步明确天然高分子对于吸附性能的影响,分别以天然高分子黄原胶(XG)和瓜尔胶(GG)为接枝骨架,丙烯酸(AA)为接枝单体,油页岩半焦(SC)为活性无机组分,通过溶液聚合法制备得到两种新型三维网络吸附剂黄原胶接枝聚丙烯酸/油页岩半焦(XG-g-PAA/SC)和瓜尔胶接枝聚丙烯酸/油页岩半焦(GG-g-PAA/SC),吸附实验表明,复合吸附剂中引入5%半焦能显著提高吸附性能,复合吸附剂XG-g-PAA/SC 5%对MB、MV的最大吸附量为1410.75 mg/g和917.40mg/g,GG-g-PAA/SC5%对MB、MV的的最大吸附量为1231.53 mg/g和953.27mg/g。复合吸附剂对阳离子染料的吸附过程在60分钟内完成,在p H值4-10的范围内吸附性能最佳。不同天然高分子因结构不同,所形成的复合吸附剂聚合网络不同,因此对阳离子染料表现出不同的吸附性能。(3)以壳聚糖为接枝骨架,凹凸棒石为无机组分,通过活性挤出的方法制备了一种新型三维网络吸附剂聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/凹凸棒石(CTS-g-P(AA-co-AM)/APT)。吸附实验表明,由“活性挤出”制备的复合吸附剂对水溶液中的阳离子染料和重金属离子都具有良好的去除性能。在90分钟内,对MB和MV的吸附容量分别达到516.54和354.88 mg/g,对Pb和Cd的吸附容量分别为268.57和132.96 mg/g,而且p H值应用范围较宽。“活性挤出”与传统溶液聚合方法制备的吸附剂聚合机理不同,因此吸附性能有较大差别。

关键词：三维网络吸附剂天然高分子吸附油页岩半焦凹凸棒石活性挤出

天然高分子基凝胶电解质设计、制备及其在新能源器件中的应用研究

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天然高分子基凝胶电解质设计、制备及其在新能源器件中的应用研究

作者：朱安泰贵州大学

学位级别：硕士

凝胶聚合物电解质是由液体电解质和聚合物基体构成,兼具液体电解质的特性和固态聚合物骨架机械特征的一种准固态电解质。采用凝胶聚合物电解质不但克服了液体电解质易泄露、难封装等缺点,且具有液体电解质的高离子电导率和固体电解质良... 详细信息

凝胶聚合物电解质是由液体电解质和聚合物基体构成,兼具液体电解质的特性和固态聚合物骨架机械特征的一种准固态电解质。采用凝胶聚合物电解质不但克服了液体电解质易泄露、难封装等缺点,且具有液体电解质的高离子电导率和固体电解质良好的自支撑性能。可实现新能源器件的轻量化、多样化和安全高性能。但是,目前凝胶聚合电解质多数以难降解、成本高的合成高分子为基体材料。从经济和环境的角度考虑,以天然高分子材料为凝胶聚合物电解质骨架的研究发展迫在眉睫。本文旨在研究开发资源丰富、价格低廉、易降解的纤维素、明胶、玉米秸秆(木质纤维素)等天然高分子作为凝胶聚合物电解质的骨架。以超级电容器为应用模型,研究凝胶电解质的构筑策略,阐明材料的物理、化学结构与电化学性能之间的关联性,建立天然高分子基凝胶电解质的可控制备新技术。具体研究内容如下:(1)基于新发展的有机碱/CO/DMSO体系溶解纤维素,通过加入丁二酸酐(SA)、环氧氯丙烷和聚乙烯醇的原位衍生、化学交联和复合的“一体化”策略,制备了纤维素基质子型离子凝胶电解质。其中,有机碱既起到溶解活化纤维素的作用,又在纤维素与SA的酯化反应中充当原位催化剂,极大地提高了反应效率。此外,在纤维素原有结构上引入功能性质子型离子液体基团(有机碱阳离子),给予纤维素基凝胶电解质较高的离子率。DMSO既可以作为溶解纤维素的溶剂,又可在凝胶电解质中作为离子运输的载体。所制备的离子凝胶电解质在室温下离子电导率可达4.2 m S/cm。具有良好的温度适应性,可在较宽的温度范围内工作。使用活性炭做电极组装的超级电容器,功率密度为17.38 Wh/Kg,以及优异循环性能。通过生物基聚合物基体上接枝离子基团来制备凝胶电解质不会影响其电荷的转移效率,同时也证明通过在生物基聚合物上接枝离子集团的策略具有巨大潜力。(2)采用含有大量氨基、羧基、羟基等活性官能团的天然高分子聚合物——明胶基体,通过氯化胆碱和多元醇配制低共熔溶解体系(DES)溶解明胶,将体系中的多元醇原位氧化为醛,通过席夫碱反应和引入高价离子(Fe),设计制备了一种具有良好自修复性能的新型化学和物理双交联型DES凝胶电解质。DES原位封装于聚合物网络结构中作为离子导体。所制备的DES凝胶电解质在的较宽温度范围内(-40-80°C)具有高达10～10 m S/cm的离子电导率。将该DES凝胶聚合物电解质应用于超级电容器和柔性传感器,表现出良好的电化学性能。所制备的明胶基DES凝胶电解质具有良好的机械性能、自修复性能、高离子电导率和良好的温度适应性,在下一代高性能电化学器件中表现出巨大的应用价值。(3)秸秆是地球上储量最大的天然高分子资源,政府连续出台多项政策以提高秸秆资源的利用率,从而治理农业废弃物带来的环境污染问题。本工作是基于工作(1)的构筑策略,首次研究开发废弃玉米秸秆作为聚合物骨架,采用CO/DMSO/有机碱体系溶解玉米秸秆,通过丁二酸酐衍生化并接枝有机碱阳离子,之后与PVA复合,成功构建了玉米秸秆接枝离子基团的复合凝胶电解质。所制备的离子凝胶电解质在室温下离子电导率可达2.78 m S/cm。具有良好的温度适应性,以及可在严格的机械条件下稳定工作。所组装的超级电容器,能量密度为16.05 Wh/Kg。对促进秸秆的资源化、高值化利用以及绿色发展具有重大意义。

关键词：凝胶电解质天然高分子超级电容器柔性电子

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天然高分子复合羟基磷灰石材料的制备与应用

化学进展 2016年第6期28卷 885-895页

作者：王荣民孙康祺王建凤何玉凤宋鹏飞熊玉兵西北师范大学化学化工学院生态环境相关高分子材料教育部重点实验室兰州730070

羟基磷灰石(HA)是人类与动物骨骼中主要无机物组成成分,因其具有良好的生物相容性、生物活性和骨传导作用,作为新型合成生物材料已应用于骨组织的修复与替代技术。本文在介绍HA主要制备方法(如:沉淀法、乳液法、水热反应法、溶胶-凝胶... 详细信息

羟基磷灰石(HA)是人类与动物骨骼中主要无机物组成成分,因其具有良好的生物相容性、生物活性和骨传导作用,作为新型合成生物材料已应用于骨组织的修复与替代技术。本文在介绍HA主要制备方法(如:沉淀法、乳液法、水热反应法、溶胶-凝胶法、机械化学法、固态合成法、水解法、超声化学法、热解法、模板法和电沉积法等)和应用的基础上,重点综述了各类天然高分子与HA复合材料的制备及应用研究进展。天然高分子,如:纤维素、淀粉、甲壳素、壳聚糖、蛋白(包括胶原蛋白、明胶、角蛋白、丝蛋白和植物蛋白)等,与HA复合后制备的天然高分子复合羟基磷灰石材料,在保持其生物相容性的同时,又能改善复合材料的机械性能与生物活性,使其可用于医用材料、载体材料和吸附分离材料。最后,本文指出为了满足生物体内的特殊环境(如强的韧性、与骨生长速度匹配性能等)及不同领域的要求,天然高分子复合HA材料需要发展的方向。

关键词：羟基磷灰石天然高分子复合材料多糖蛋白质载体材料