纳米纤维素_中国百科网
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纳米纤维素
种植室内植物一样生产结构性材料了。 　　纳米晶体纤维素是植物生命的基本结构，普渡大学在对纤维素的原子结构进行精确建模时发现，这一结构具有一个206吉帕斯卡的刚度，而这恰恰也是钢材的刚度。不过很显然，树木并非坚硬如钢，要解开这一新发现的”蔬菜...
　　科学家们最近在研究一种可广泛运用于生产从盔甲到智能手机屏幕等各种产品的原料，据称，他们即将有能力从制作醋的醋酸杆菌中提取出这种材料。直至最近，该细菌才被用在合成纳米纤维素领域，不过因其成本过高，故并不具备足够的商业价值。不过，如今出现...
美科学家打造“万能材料”，可生产盔甲和手机屏幕。 美国得克萨斯大学的科学家们宣称找到了打造纳米纤维素的最新方法。纳米纤维素由分解成小块的植物纤维构成，是能够用于制造盔甲和智能手机屏幕等任何物品的物质。 得克萨斯大学的研究人员在上周美国化学...
　　从盔甲到手机屏幕，海藻将成为万能型的超级原材料。图为中国山东东部，被海藻覆盖的青岛海岸线。 　　这是新的超级材料吗？纳米纤维素提取自粉碎的植株。 　　据国外媒体报道，通过最新技术，此前由被粉碎的植株提取而成的纳米纤维素，现在可由经...
　　从盔甲到手机屏幕，海藻将成为万能型的超级原材料。图为中国山东东部，被海藻覆盖的青岛海岸线。 　　据国外媒体报道，通过最新技术，此前由被粉碎的植株提取而成的纳米纤维素，现在可由经“工厂”提供水、光照及时间培育出的海藻提取。这个方案不仅...
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纤维素纳米晶体及其复合物的制备与应用研究
纤维素纳米晶体（Cellulose nanocrystals，CNs）是一种新型的生物质基纳米材料，因具有高纯度、高结晶度、高杨氏模量、高强度等特性，加之具有生物材料的轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，适于作为高性能复合材料的填充物。纤维素纳米晶体通过对其表面进行化学功能化改性，以及与无机功能化纳米材料复合，被赋予了更多的性能，也使其在众多领域中显现出巨大的应用前景。　　论文研究了纤维素纳米晶体的制备及其功能化改性，并以制得的纤维素纳米晶体为模板，分别制备了纳米Ag、Ag-Pd合金和Fe2O3与纤维素纳米晶体的复合物，对复合物作为高分子材料的多功能填料、DNA电化学生物传感器标记物及水处理吸附材料进行了详细研究。主要创新点如下：采用碱溶胀法对纤维素进行预处理，通过TEMPO/NaClO/NaBr氧化制备了纤维素纳米晶体；以纤维素纳米晶体为模板，制备纤维素纳米晶体与Ag-Pd合金和Fe2O3的复合物，并将复合物分别应用于DNA电化学生物传感器标记物及水处理吸附材料。　　采用硫酸催化水解法，以微晶纤维素（microcrystalline cellulose，MCC）为原料，制备尺寸范围在长100～200 nm，宽10～20 nm的纤维素纳米晶体粒子，纤维素纳米晶体的晶型与原料MCC一致。并用TEMPO/NaClO/NaBr氧化体系对制备的纤维素纳米晶体进行表面羧基化改性，羧基化改性纤维素纳米晶体的晶型同样未发生变化。另外，在非酸体系中，以TEMPO/NaClO/NaBr氧化体系对碱预先溶胀的MCC进行氧化处理，制备了同样形貌及尺寸范围的纤维素纳米晶体粒子。　　以羧基化改性纤维素纳米晶体（carboxylated cellulose nanocrystals，CCNs）为载体，通过液相化学法制备了 CCNs与 Ag纳米粒子（Ag nanoparticles，AgNPs）的复合物（CCNs/AgNPs），并分别与水性聚氨酯（WPU）和聚乙烯醇（PVA）复合制备功能化高分子复合物。分析结果显示WPU/CCNs复合物的玻璃化转变温度和热稳定性随着CCNs添加量的增加而升高，CCNs的添加使得WPU复合膜的拉伸强度出现先升高后降低的趋势，复合物的断裂伸长率降低。与WPU/CCNs复合物不同的是，CCNs的添加使PVA复合物的玻璃化转变温度降低，热稳定性能增强，拉伸强度明显提高。此外，AgNPs的添加使WPU复合物和PVA复合物对大肠杆菌和金黄葡萄球菌表现出良好的抗菌性能。　　利用纤维素纳米晶体表面的羧基，在乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）作用下与探针DNA（probe DNA）分子上的-NH2反应生成酰胺键（-CONH-），使探针 DNA与 CCNs/AgNPs复合物连接，制备成具有电化学活性的CCNs/AgNPs-probe DNA探针。CCNs/AgNPs-probe DNA探针与目标PAT基因和非互补DNA的电化学检测结果表明，以CCNs/AgNPs作为DNA标记物的电化学生物传感器对PAT基因片段的检测具有很好的选择性，Ag的电化学信号与PAT基因片段浓度在1.0×10-10 mol/L到1.0×10-7 mol/L范围内呈良好的线性关系，检测限为2.3×10-11 mol/L。结果表明，纤维素纳米晶体可用于DNA生物分子固定；CCNs/AgNPs作为DNA电化学生物传感器中探针DNA的标记物，制备的电化学生物传感器可用于PAT基因片段的检测。　　使用羧基化改性纤维素纳米晶体水分散液作为反应体系，以硼氢化钠为还原剂，采用共还原沉淀法制备了Ag-Pd合金纳米粒子。合金粒子的平均粒径小于AgNPs和钯纳米粒子（Pd nanoparticles，PdNPs）的平均粒径，且随着Ag含量的增加，合金粒子的平均粒径减小。CCNs/Ag-Pd复合物作为标记物与探针DNA结合，经探针DNA与目标DNA发生杂交反应后，可同时产生Ag和Pd的电化学信号，表明CCNs/Ag-Pd复合物可作为标记物用于DNA电化学生物传感器。　　采用水热法，以纤维素纳米晶体为稳定剂制备了不同形貌的氧化铁纳米粒子。通过TEM、XRD、FT-IR对纤维素纳米晶体与氧化铁纳米粒子（CNs/Fe2O3）复合物的形态进行了表征。将制备的CNs/Fe2O3复合材料作为吸附材料用于水处理，同时还考察了试剂Fe2O3、MCC和纤维素纳米晶体的在水体系中的吸附性能。选取金属阳离子 Cd2+、Pb2+和Ni2+，阴离子Cr2O72-、AsO43-和PO43-作为吸附性能研究对象。结果表明，四种吸附材料对几种离子均有一定的吸附性能。相比于单一的吸附材料，由于纤维素纳米晶体和Fe2O3各自吸附性能的协同效应，CNs/Fe2O3复合物对于几种离子Pb2+、Cd2+、Ni2+、Cr2O72-、AsO43-和PO43-均具有很好的吸附性能。
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万方数据电子出版社基本简介/纤维素纳米晶体
在煤、石油和天然气等不可再生资源日益枯竭的现状下，充分开发利用可再生资源成为必然趋势。天然纤维素是地球上最丰富的生物质资源，是自然界中分布最广的生物高分子，它存在于各种各样的生物如植物、动物以及一些细菌等中。纳米纤维素晶体（NCC）是从天然纤维中提取出的一种纳米级的纤维素，它不仅具有具有纳米颗粒的特征，还具有一些独特的强度和光学性能，具有广阔的应用前景。&&论文分别采用硫酸水解法和酶水解法制备NCC。以漂白阔叶木硫酸盐浆为原料，用硫酸水解法制得NCC，通过X-射线衍射分析（XRD）、颗粒电荷测定仪（PCD）、原子力显微镜（AFM）和偏光显微镜等分析手段，对其形态和光学特性进行了表征，并研究了反应条件对NCC的结晶度、产物得率、表观电荷密度的影响。研究结果表明，反应温度和酸浆比对产物得率有决定性的影响。用64&wt%的硫酸制备的NCC的得率在23.32%-33.56%之间。由AFM观察和X射线衍射分析可知，NCC是横截面尺寸在纳米范围、长径比很大、结晶度很高（能够超过80%）的长棒状晶体。将NCC悬浮液置于钇稳定的氧化锆单晶（100）表面，在自然条件下蒸发，可以得到具有特殊光学性质的膜。在偏振光显微镜下观察发现这种膜能够反射偏振光，且反射光的颜色随着入射光角度的变化而变化。&&对酶法制备NCC的工艺条件进行了探索，研究发现使用MCC为底物时，改变酶的种类、用量等均很难得到均匀的NCC悬浮液，NCC的得率很低；当使用漂白针叶木硫酸盐浆作底物时，使用纤维素酶在用量为80000&IU/g绝干浆，水解时间4d，pH&4.8，温度50℃反应条件下能得到NCC，得率为18.37%，产物表面不带电荷。&&分别使用3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵（CHTMAC）和硼酸对NCC进行了阳离子化和阴离子化改性，探索了改性的适宜工艺条件，研究了pH对改性NCC表面电荷密度的影响发现，其表面电荷密度随pH的升高而降低。对改性NCC的理化性质进行了初步的研究看到季铵化改性的NCC产生凝胶现象，并失去了手性液晶相的性质，而硼酸改性的NCC除了表观电荷密度升高外，其他物理化学性质基本上没有变化。&&对NCC和改性NCC在造纸中的应用进行了探索，发现在一定量的加入量范围内，NCC和改性NCC湿部添加能够提高纸张的抗张强度和撕裂强度。将其单独使用或者是和CPAM、阳离子淀粉等助剂配合使用有利于提高浆料细小组分的留着率，阳离子NCC对滤水速度也有一定的提高。
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纤维素纳米晶基功能复合材料的制备与应用研究
本文采用真空抽滤的方法，并通过控制不同的条件制备了具有一系列不同颜色的纤维素纳米晶基彩色膜，并借助扫描电镜(SEM)，原子力显微镜(AFM)，红外(IR)，X-ray衍射(XRD)，圆二色谱(CD)等表征手段对彩色膜的内部结构进行了研究，并探索了复合膜其它的性能。　　通过对硫酸酸解纤维素的制备条件的探索，分别制备了针尖状的微晶纤维素纳米晶和棉浆纤维素的纳米晶，发现棉浆纤维素纳米晶的平均粒径比微晶纤维素纳米晶的平均粒径要稍微大些。然后将纳米晶溶液真空抽滤成膜后，表征了膜的热性能和内部结构，酸解前后纤维素的晶型不会发生变化，但是由于酸解过程中接上了磺酸根基团使得热稳定性降低。　　对纤维素纳米晶溶液进行短时间超声和长时间超声后得到了纤维素纳米晶的无色膜和彩色膜，这种彩色膜面积大、表面光滑平整、透明性好、无裂纹，而且膜的颜色随着入射光角度的不同而发生变化。通过SEM对其垂直断面和斜截面进行表征，发现彩色膜内纤维素纳米棒是手性向列相螺旋结构，又借助CD曲线证实是左手行结构，因此膜具有彩色。还通过控制超声时间、纤维素纳米晶悬浮液的体积和真空度制备了一系列不同颜色和不同厚度的彩色膜。　　还设计了两种不同的路线制备了氧化石墨烯(GO)/纤维素纳米晶(CNC)的杂化膜，研究了第二组份GO与CNC相容性的不同对得到的CNC膜颜色和性能的影响。实验证明，和CNC形成稳态溶液制备的GO/CNC膜是无彩色的，而和CNC形成亚稳态溶液体系制备的GO/CNC膜是有彩色的。将GO/CNC杂化膜化学还原后，GO/CNC彩色膜内的有序结构没被破坏，在还原后依然是具有彩色的。而且这两种膜展现出良好的导电性。　　鉴于以上的工作，又将具有导电性的二维片层石墨烯(TRG)与一维的纤维素纳米晶复合后得到了一种具有金属光泽的彩色膜，改变超声时间和TRG的含量制备了不同颜色的TRG/CNC彩色膜。这些膜不仅具有导电性，而且发现这些彩色膜对水分具有非常强烈的响应性。从膜的结构上对这种水响应性进行了研究，认为TRG的加入不仅改变了纤维素纳米棒的液晶结构的螺距，而且TRG还起到染色剂的作用吸收水分，因而使得TRG/CNC复合膜对水具有极强烈的响应性。
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