海鞘是一种海洋动物,其被囊几乎由纯的I_β晶型纤维素组成。由于其高长径比,海鞘纤维素具有优异的物理性能。近年来,在功能材料的制备方面引起了广泛的关注。然而,对其生物学活性的研究却很少。此外,以海鞘纳米纤维素为原料的气凝胶是一种新型的基底材料,具有优异的力学性能、质轻、可调控多孔结构、可再生、可生物降解以及资源丰富等优点,在生物医学支架、油水分离材料、隔热材料、储能和发电设备等领域有着广大的应用。因此开展高强度的海鞘纳米纤维素气凝胶的制备并对其性能进行研究对更广阔探究气凝胶具有非常重要的意义。本论文采用纤维素酶水解和抗霉菌实验来研究海鞘纤维素抗生物降解性。之后,以海鞘为原料,通过酸水解和超声波分散处理,得到稳定的海鞘纳米纤维素溶液,最后将海鞘纳米纤维素和其他材料复合,采用冷冻干燥方法来制备复合气凝胶并对其性能进行研究。(1)海鞘纳米纤维素的制备及其抗生物降解性能的研究。本研究采用酸水解制备出了长径比大的海鞘纳米纤维素。通过酶水解实验,在水解过程中,分析了海鞘纤维素的结晶行为,即结晶指数(Cr I)、结晶尺寸和聚合度(DP)。作为比较,对Cr I相对较低的纤维素样品,即α-纤维素和无定形纤维素进行了类似的水解。结果表明,水解96 h后,海鞘纤维素的结晶度、晶粒大小和聚合度保持不变,纤维素转化率低于7.8%。而α-纤维素的结晶结构明显受损,水解72 h后纤维素转化率超过83.8%,无定形纤维素水解7 h后完全转化为葡萄糖。此外,通过霉菌实验,当培养基中含有100%的海鞘纤维素纳米晶时,培养96 h后霉菌生长速率为零。结果表明,海鞘纤维素具有明显的抗酶解、抗霉菌效果,在生物降解材料中具有潜在的应用前景。(2)采用冷冻干燥硅烷化海鞘纳米纤维素和二氧化硅纳米颗粒混合悬浮液,再通过浸渍含氟多巴溶液来制备超疏水气凝胶。本实验红外和XPS分析表明复合气凝胶出现明显硅和氟元素,表明气凝胶已被低表面能物质覆盖。经接触角测试,复合气凝胶接触角为158.7°,且具有良好的化学稳定性,在p H=0和p H=12溶液中浸渍72 h后,气凝胶的接触角仍然大于150°。另外,复合气凝胶可以在无外压的情况下分离表面活性剂稳定的油包水型乳状液,且能够十次循环反复使用,说明其在油水分离领域有巨大的前景。(3)以海鞘纳米纤维素、氧化石墨烯和海泡石为原料,通过冷冻干燥方式制备不同的气凝胶。结果表明,复合气凝胶随着冷冻成型温度的降低和氧化石墨烯添加量的增多,其力学性能也逐渐增强。此外,随着氧化石墨烯含量的增加,复合气凝胶的热传导系数逐渐减低,相较于纯气凝胶降低了23%。在酒精灯燃烧实验中,纯气凝胶在9 s内完成了火焰接触燃烧至熄灭的过程,而复合气凝胶在0.42 s内出现了这种自熄行为。令人惊讶的是,复合气凝胶在乙醇的浸泡下,在12 s时出现了自熄的行为,且在熄灭后复合气凝胶基本保持原有的形态,不坍塌。因此,复合气凝胶具有良好的隔热和阻燃性能。