Xylaner hovedtypen af hemicellulose, som ofte bruges som modelmateriale af hemicellulose. Det har fordelene ved bred kilde, lav pris, vedvarende, biologisk nedbrydeligt, god biokompatibilitet og så videre. På nuværende tidspunkt fokuserer forskningen i xylanbaserede materialer hovedsageligt på fremstilling af membraner, hydrogeler og andre områder, men xylaner er heteropolysaccharider med kompleks molekylær struktur, forskellige sukkerenheder, korte molekylære kæder og multiforgrening. De fremstillede membraner og hydrogeler har dårlige mekaniske egenskaber, og deres fordele er ikke blevet bragt fuldt ud. Sammenlignet med cellulose og lignin, de tre hovedkomponenter i planter, har xylanmolekyler fordelene ved let opløsning, høj tilgængelighed og højt hydrotermisk kulstofudbytte.
Dette papir gør fuld brug af disse fordele ved xylan. På den ene side sammensættes xylan og uorganiske nanomaterialer på molekylært niveau, og en række nye xylan/uorganiske nanokompositter udvikles; På den anden side, gennem hydrotermisk karbonisering, blev xylan-carbonsfærer og grafen-kvanteprikker effektivt forberedt og anvendt til retentions- og dræningshjælpemidler, Raman-forbedring, superkondensatorer og iondetektion, hvilket udvidede anvendelsesområderne for xylan og realiserede den høje værdi. udnyttelse af xylan.
Det vigtigste forskningsindhold er som følger:
1. Fremstilling af xylanpassiverede grafenkvanteprikker og dens selektive spordetektion af fe3 plus:
Grafen kvanteprikker (gqds) blev fremstillet ved ultralyd med grafit som råmateriale, N-methylpyrrolidon som opløsningsmiddel og natriumhydroxid som hjælpereagens. Gqd'erne indeholder oxygenfunktionelle grupper og har færre overfladedefekter, som er tættere på strukturen af original grafen, men gqd'erne har lav opløselighed i vand og er nemme at agglomerere til hvide bundfald.
I denne undersøgelse blev xylan brugt til at passivere dens overflade for at opnå xylanpassiverede grafenkvanteprikker (GQDs@xylan). Sammenlignet med før passivering, GQDs@xylan. Stabiliteten i vand er forbedret, kvanteudbyttet øges også fra 19,12 procent til 36,63 procent, og fluorescenslevetiden øges til 7,47 ns. GQDs@xylan Fluorescensintensiteten af er mindre påvirket af pH og kan holdes stort set uændret i området ph=6 ~ 10. Som en fluorescerende probe realiseres den selektive detektion af fe3 plus i opløsning baseret på den interne filtreringseffekt, og det lineære detektionsområde er 0 ~ 75 μM. Detektionsgrænsen er 92,8 nm.
Denne undersøgelse gør fuld brug af de egenskaber, at multi-forgrenede xylaner er nemme at danne tætte polymerskaller. For første gang anvendes xylaner til overfladepassivering modifikation af grafen kvanteprikker, xylan/grafen kvanteprikker fremstilles, og en effektiv fluorescerende probe til selektiv sporpåvisning af fe3 plus opnås.
2. Fremstilling af guld-sølv bimetalliske nanopartikler ved grøn reduktion af xylan og dets Raman-forstærkende effekt:
Ved at bruge xylan som reduktionsmiddel og stabilisator, chlorauric acid som guldprecursor og torun-reagens som sølvprecursor, blev kerne-skalstrukturer med forskellig skaltykkelse fremstillet i grøn Au@Ag og Au Ag hullegering. Tilsætningen af xylan undgår brugen af giftige kemiske reagenser og forenkler synteseprocessen. Xylan pakket på overfladen af nanopartikler stabiliserer ikke kun nanopartikler og gør dem jævnt fordelt i vandig opløsning, men forbedrer også dens evne til at modstå H2O2-oxidation og korrosion, danner hot spots mellem indbyrdes forbundne nanopartikler og forbedrer overfladens Raman-forbedringsydelse af nanopartikler. Kerne-skallen med mere ensartet form blev fremstillet ved at optimere mængden af xylan Au@Ag Nanopartikler, samtidig med at man undgår dannelsen af nano-sølvklynger. Sammenlignet med Au Ag legering, rene Au og rene Ag nanopartikler, xylan coated Au@Ag Raman signalet af 4-mercaptobenzoic acid har en stærkere forstærkende effekt, og detektionsgrænsen når 1nm. Derudover kan xylanindpakket Au@Ag Nanopartikler detektere Sudan I, en fødevareforurenende stof, med en detektionsgrænse så lav som 0.126 ppm.
Ved at bruge de reduktive endegrupper og makromolekylære kædestruktur af xylan molekylær kæde, udforskede denne undersøgelse metoden til fremstilling af guld sølv bimetalliske nanopartikler med xylan som en grøn reduktionsmiddel og stabilisator, og gav en enkel, grøn og ultra følsom overfladedetektionsteknologi til fødevarer / miljø sikkerhedsvurdering.
3. Undersøgelse af syntese og ydeevne af xylan-g-chitosan kvaternært ammoniumsalt / montmorillonit retention og dræningshjælp:
For at kombinere retentions- og dræningsegenskaberne af xylan, chitosan kvaternært ammoniumsalt og montmorillonit blev de skrællede xylan-g-chitosan kvaternære ammoniumsalt/montmorillonit (xylan-g-qcs) nanokompositter fremstillet ved klik kemisk reaktion og interkalationsreaktion som en ny fastholdelses- og drænhjælp.
For det første indsættes chitosan kvaternært ammoniumsalt (QCS) i lagrummet af montmorillonit for at udvide lagafstanden af montmorillonit, og derefter forbindes den molekylære kæde af xylan og QCS i lagrummet af montmorillonit ved at klikke på kemisk reaktion. I denne proces øges lagafstanden af montmorillonit yderligere indtil stripning.
Sammenlignet med de tre råmaterialer er retentions- og dræningsydelsen af xylan-g-qcs nanokompositter blevet væsentligt forbedret. Den maksimale flokkuleringseffektivitet af calciumcarbonat er 37,41 procent. Når tilsætningsmængden er 0.01mg/g, er slaggraden den laveste.
Ved at forbinde det negativt ladede xylan med det positivt ladede kvaternære ammoniumsalt af chitosan undgås derudover ladningsakkumuleringen forårsaget af QCS i et lukket system. I denne undersøgelse blev xylan podet og modificeret ved klikkemi. Ved at bruge xylan som polyanionelektrolyt har den mange forgreninger og er let at hydrere og hæve. Samtidig, kombineret med fordelene ved chitosan og montmorillonit, blev retentions- og drænegenskaberne af xylan forbedret, og et nyt papirfremstillingsadditiv blev udviklet.
4. Forberedelse og ydelsesundersøgelse af xylan carbon kugle / grafen superkondensator:
Efter at xylan var opløst i natriumhydroxid/urinstofsystem, blev nitrogen-doterede xylan-carbonkugler (XCS) fremstillet ved hydrotermisk carbonisering, og derefter blev aktiverede xylan-carbonsfærer (axcs) opnået ved KOH-højtemperaturaktivering. Derefter blev axcs og ascorbinsyre tilsat til grafenoxidopløsning på samme tid, og aktiverede xylan-carbonkugler/grafenoxidfilm (axcs/go) blev opnået ved sugefiltrering, og derefter blev ascorbinsyre tilsat igen for at reducere go. I processen med reduktion af kompositmembranen, vil gå i det ydre lag blive hydrofob efter at være blevet reduceret til RGO, hvilket forhindrer reduktionsmidlet i at trænge ind i det indre af membranen. På dette tidspunkt kan ascorbinsyren i membranen reducere go in situ, og kulstofkuglen som forbindelsen til grafenlamellen øger ladningsoverførselshastigheden mellem grafenlagene, så den specifikke kapacitans af axcs/rgo-kompositmembranen forbedres. I dobbeltelektrodesystemet er strømtætheden 1A? Når g-1 har den en specifik kapacitans på 755mf/cm2, effekttætheden er 22,5 ~ 2250mw/cm2, og energitætheden er 11,88 ~ 25,2mwh/cm2. Efter 10.000 cyklusser er kapacitansretentionsraten 108,7 procent.
I denne undersøgelse blev xylan-carbonkugler fremstillet ved at drage fordel af det høje udbytte af xylan hydrotermisk carbon, og elektrodematerialerne i superkondensatorer blev fremstillet ved at blande med grafen, hvilket udvidede anvendelsesområdet for xylan.
5. Undersøgelse af påvisning af Cr (Ⅵ) i vand ved hjælp af xylan-selvpassivering monolags grafen kvanteprikker kombineret med mikrofluidisk kontrol:
Monolayer graphene quantum dots (sgqds) fremstilles sædvanligvis af aromatiske molekyler eller andre kulstofprækursorer ved bottom-up metoder.
I denne undersøgelse blev nitrogen selvdoterede grafenkvanteprikker (n-sgqds) fremstillet under hydrotermiske forhold for første gang ved hjælp af naoh/urea og xylan uden benzenring som forløber. I denne proces er xylan fuldstændig opløst og danner et kompleks med naoh/urea. Når carboniseres i hydrotermisk reaktion, nedbrydes urinstof og frigiver ammoniak og kuldioxid, hvilket fremmer dannelsen af monolag grafen kvanteprikker og hindrer deres interaktion og agglomeration. De forberedte kvanteprikker af grafen er doteret med 1,38 procent nitrogen, kvanteudbyttet er 23,8 procent, fluorescenslevetiden er 5,76 ns, og overfladen er selvpassiveret af ufuldstændig karboniseret xylan, hvilket undgår agglomerering af kvanteprikker. De xylan-selvpassiverede monolags grafen-kvanteprikker har god selektivitet og følsomhed, når de bruges som en fluorescerende sonde til at detektere Cr (Ⅵ) i vand. Passiveringslaget undgår interferens af andre ioner i vand, og kan kun blive beskadiget af stærke oxidanter som Cr (VI). Det lineære detektionsområde for Cr (Ⅵ) er 5 ~ 150 μ M. Detektionsgrænsen er kun 4,1 μ M. Ved at indlejre kvanteprikker i hydrogeler og integrere dem i mikrofluidiske chips, realiseres den visuelle detektering af Cr (VI).
I denne undersøgelse blev xylose hydrotermisk omdannet til nitrogendoterede enkeltlags grafen kvanteprikker. Med bistand fra naoh/urea blev der tilvejebragt en ny måde at fremstille enkeltlags grafen kvanteprikker med ikke-aromatiske molekyler, og en enkel og nem visualiseringsmetode blev tilvejebragt til overvågning af vandmiljøet.