木质素是自然界中除纤维素之外的第二大丰富的天然可再生原料,也是纸浆和造纸工业的主要副产物。从造纸工业排放到河流中的造纸黑液含有大量的木质素,会造成水质污染和水生环境中化学需氧量(COD)的增加。由于木质素的化学结构非常复杂,不易分解制备成有用的材料。目前,虽然对木质素的应用进行了研究,但木质素相当复杂的化学结构仍限制了其广泛应用。考虑到木质素的三维网状结构,可利用其特点制备多孔碳材料。腐植酸(HA)是腐殖质的主要组成部分,广泛存在于土壤、底泥、河湖海沉积物、风化煤和褐煤中,是动、植物残体经微生物和化学过程分解后形成的天然有机高分子化合物。HA主要由碳、氧、氢以及少量的氮、磷和硫元素组成,它含有多种功能基团,如羧基、羰基、醇羟基、酚羟基和甲氧基等。因此,HA可以作为碳源来制备各种新型功能材料。值得一提的是,近年来,从秸秆和工业废液(如制浆废液和发酵废水)中获得HA取得了很大的进步,它为HA的生产提供了可再生且价廉易得的资源。本文对H2O2作为氧化剂氧化造纸黑液木质素制备腐植酸进行了初步的探讨,并以来源丰富,价格便宜的木质素和腐植酸为碳源,制备了新型功能化的碳材料,构建了两种新型的过氧化物模拟酶传感器,对血样中的胆固醇和尿样中的黄嘌呤进行了分析检测。同时,将制备的功能化碳材料用于细胞成像的研究。主要分为以下四个方面:(1)腐植酸具有优良的化学活性和生物活性,广泛应用于医疗、农业、工业等领域。本文初步探讨了以造纸黑液中提取的木质素为原料,采用常见的氧化剂H2O2氧化制备腐植酸,并通过红外、紫外、荧光、高效液相色谱等手段对产物进行了表征,表征结果发现,H2O2氧化木质素的产物中除了含有腐植酸外,还有其他的氧化物质。同时,试验对H2O2的浓度进行了探讨,得出H2O2的最佳浓度为6%。(2)以造纸黑液中提取的木质素和尿素作为前驱体,利用高温煅烧法制备了蜂窝状氮掺杂多孔碳(PCN)。然后利用乙二醇还原氯铂酸将Pt纳米粒子负载到PCN上,得到蜂窝状的Pt/PCN材料。制备的Pt/PCN利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)进行了表征。结果表明,平均粒径为4 nm的Pt纳米粒子均匀的分散在蜂窝状PCN的表面。试验发现,Pt/PCN表现出优于Pt纳米粒子和PCN的过氧化物模拟酶活性,能够催化H2O2氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)的反应,从而生成蓝色的ox TMB,因此可以对H2O2进行检测,检测限为1.7×10-6 mol?L-1。胆固醇在胆固醇氧化酶的作用下能够生成H2O2,基于此原理,建立了一种快速,灵敏且选择性高的方法对胆固醇进行检测,检测限为8.3×10-6 mol?L-1。以造纸黑液中提取的木质素为主要原料制备Pt/PCN材料,其方法简便,成本低廉,原料丰富,且Pt/PCN显示出优异的过氧化物模拟酶活性,可对胆固醇实现快速灵敏的检测。因此,这项工作不仅有效利用了造纸黑液木质素,而且为人体中胆固醇的检测提供了一个新的方法。(3)以腐植酸和硫脲为前驱体制备了氮,硫掺杂的三维碳纳米片层级结构材料(N-S-CS),并通过乙二醇还原氯化钯将Pd纳米粒子沉积在N-S-CS上,得到了Pd/N-S-CS材料。通过TEM,XRD,EDX和XPS等对Pd/N-S-CS材料进行了表征,结果表明,制备的Pd/N-S-CS材料呈现由纳米片构成的三维层级结构,平均粒径为6 nm的Pd纳米粒子均匀的分布在纳米片的表面。此外,制备的Pd/N-S-CS具有优异的过氧化物模拟酶活性,可以催化H2O2和TMB发生蓝色反应。基于此原理,建立了一个简单、灵敏、高选择性比色方法,对H2O2和黄嘌呤进行检测,并且应用于尿样中实际样品的测定。H2O2和黄嘌呤的检测限分别为3.3×10-6 mol?L-1和2.9×10-7 mol?L-1。这项工作有望为人体中的黄嘌呤的检测提供一个新颖且有效的方法。(4)以腐植酸作为原材料,通过一步水热法制备了石墨烯量子点(GQDs)。TEM图像显示,GQDs平均粒径为4 nm,且具有较好的晶型。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和XPS表明,GQDs的表面存在着羧基和羟基等功能性基团,这使得制备的GQDs具有良好的水溶性。GQDs的光学性质通过光致发光(PL)光谱和紫外-可见(UV-VIS)光谱进行了确定。结果表明,GQDs显示了稳定的,优良的依赖于激发波长的光致发光性能,可作为荧光探针应用于生物成像。细胞成像结果表明,GQDs能够在细胞内明显成像。这项工作不仅建立了一种简便,价廉的合成GQDs的方法,而且有望在生物医学领域得到广泛应用。