纤维素与纳米银复合材料的制备与应用

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纤维素是地球上分布最广、含量最丰富的天然聚合物,是以植物纤维形式存在的可再生材料的主要来源,因其无毒、无污染、生物可降解、生物相容性好、易改性和可再生而得到广泛应用。纳米银是将粒径做到纳米级的金属银单质,在催化、生物标记、细胞成像、抗菌等领域展现出优越的性能。由纤维素材料与纳米银构成的复合材料可应用在食品包装、污水处理、反应催化、分子识别等领域。本论文以纤维素浆和纳米纤维素为基材,通过新的复合方法,构建纳米银/纤维素复合材料,并探索其在抗菌、分子识别、反应催化领域的应用。研究工作主要分为两个部分:第一部分,探索负载银纳米粒子功能纸的构建方法,并对其抗菌性能进行研究。首先对纤维素进行接枝共聚改性,在其表面引入可稳定银纳米粒子的聚甲基丙烯酸。随后,对接枝改性的纤维素进行负载银纳米簇的条件优化研究。最后,对负载银纳米簇的纤维素浆与针叶木浆的比例进行优化,并考察抄纸条件对最终纸张负载的银纳米簇的影响,研究最终的纸张的抑菌性能。结果表明制备的负载银纳米簇功能纸具有较好的白度,当负载银纳米簇纸浆含量由0增加到40%时,纸张的白度由81.5%减少至74.4%,虽然白度有些下降,此时的负载银纳米簇的纸张白度还是不错的。负载银纳米簇纸浆含量为10%的纸张抗张指数达到最大,最大值为39.3 N·m/g。抑菌实验表明,所得纸张具有良好的抗菌性能,负载银纳米簇纸浆含量为10%的纸张抑菌圈直径为14 mm,该材料将在抗菌包装及抗菌滤膜领域具有潜在应用价值。第二部分,探索构建银纳米粒子/纤维素纳米晶体(Ag-CNC)复合材料的方法,并研究其在检测半胱氨酸和含对硝基苯酚污水处理领域的应用。首先对纤维素纳米晶体(CNC)进行官能团改性,并对其表面负载纳米银的条件进行优化,得到理想的银纳米粒子与纤维素纳米晶体的复合材料,并将该材料用于探究离子强度等外界条件对半胱氨酸识别的影响;探究对半胱氨酸选择性检测。此外,以4-硝基苯酚为目标污染物,研究合成的银纳米粒子与纤维素纳米晶体复合材料对该污染物的催化还原性能。结果表明制备的银纳米粒子/纤维素纳米晶体(Ag-CNC)复合材料可用于对半胱氨酸(Cys)的比色检测,在NaCl(600 mM)提供的最佳离子强度条件下,CNC-Ag-NPs复合材料可以在5 min内灵敏的和选择性地检测半胱氨酸。CNC-Ag-NPs对4-硝基苯酚具有较高的还原活性,可在12 min内将4-硝基苯酚基本还原为4-氨基苯酚。在废水催化处理方面具有巨大潜力。
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