Xylanis het belangrijkste type hemicellulose, dat vaak wordt gebruikt als modelmateriaal van hemicellulose. Het heeft de voordelen van brede bron, lage prijs, hernieuwbaar, biologisch afbreekbaar, goede biocompatibiliteit, enzovoort. Op dit moment richt het onderzoek naar op xylan gebaseerde materialen zich voornamelijk op de bereiding van membranen, hydrogels en andere gebieden, maar xylanen zijn heteropolysachariden, met een complexe moleculaire structuur, diverse suikereenheden, korte moleculaire ketens en meervoudige vertakkingen. De bereide membranen en hydrogels hebben slechte mechanische eigenschappen en hun voordelen zijn niet volledig tot uiting gekomen. In vergelijking met cellulose en lignine, de drie belangrijkste componenten van planten, hebben xylaanmoleculen de voordelen van gemakkelijke oplossing, hoge toegankelijkheid en hoge hydrothermische koolstofopbrengst.
Dit papier maakt volledig gebruik van deze voordelen van xylan. Enerzijds worden xylan en anorganische nanomaterialen gecompoundeerd op moleculair niveau, en wordt een verscheidenheid aan nieuwe xylaan/anorganische nanocomposieten ontwikkeld; Aan de andere kant werden door hydrothermische carbonisatie xylaan-koolstofbolletjes en grafeen-kwantumdots efficiënt voorbereid en toegepast op respectievelijk retentie- en drainagehulpmiddelen, Raman-verbetering, supercondensatoren en ionendetectie, wat de toepassingsgebieden van xylan verbreedde en de hoogwaardige realiseerde. gebruik van xylaan.
De belangrijkste onderzoeksinhoud is als volgt:
1. Bereiding van xylaan-gepassiveerde grafeen-kwantumdots en de selectieve sporendetectie van fe3 plus:
Grafeen quantum dots (gqds) werden bereid door ultrageluid met grafiet als grondstof, N-methylpyrrolidon als oplosmiddel en natriumhydroxide als hulpreagens. De gqds bevatten functionele zuurstofgroepen en hebben minder oppervlaktedefecten, die dichter bij de structuur van origineel grafeen liggen, maar gqds hebben een lage oplosbaarheid in water en zijn gemakkelijk te agglomereren tot witte precipitaten.
In deze studie werd xylan gebruikt om het oppervlak te passiveren om xylan-gepassiveerde grafeen-kwantumdots te verkrijgen (GQDs@xylan). Vergeleken met vóór passivering, GQDs@xylan. De stabiliteit in water is verbeterd, de kwantumopbrengst is ook verhoogd van 19,12 procent naar 36,63 procent en de fluorescentielevensduur is verhoogd tot 7,47ns. GQDs@xylan De fluorescentie-intensiteit van wordt minder beïnvloed door pH en kan in principe ongewijzigd worden gehouden in het bereik van ph=6 ~ 10. Als een fluorescerende sonde wordt de selectieve detectie van fe3 plus in oplossing gerealiseerd op basis van het interne filtereffect, en het lineaire detectiebereik is 0 ~ 75 μM. De detectielimiet is 92,8 nm.
Deze studie maakt volledig gebruik van de kenmerken dat multi-vertakte xylans gemakkelijk dichte polymeerschillen zijn. Voor de eerste keer worden xylans gebruikt voor de oppervlaktepassivering van grafeen-quantumdots, xylan / grafeen-quantumdotcomposieten worden bereid en een efficiënte fluorescentiesonde voor selectieve sporendetectie van fe3 plus wordt verkregen.
2. Bereiding van goud-zilver bimetaal nanodeeltjes door groene reductie van xylan en het Raman-versterkende effect:
Met behulp van xylaan als reductiemiddel en stabilisator, chloorgoudzuur als goudvoorloper en torunreagens als zilvervoorloper, werden kern-schilstructuren met verschillende schildiktes bereid in groene Au@Ag en Au Ag holle legering. De toevoeging van xylaan vermijdt het gebruik van giftige chemische reagentia en vereenvoudigt het syntheseproces. Xylan gewikkeld op het oppervlak van nanodeeltjes stabiliseert niet alleen nanodeeltjes en zorgt ervoor dat ze gelijkmatig worden gedispergeerd in een waterige oplossing, maar verbetert ook het vermogen om H2O2-oxidatie en corrosie te weerstaan, vormt hotspots tussen onderling verbonden nanodeeltjes en verbetert de Raman-verbeteringsprestaties van nanodeeltjes op het oppervlak. De kernschaal met meer uniforme vorm werd bereid door de hoeveelheid xylan Au@Ag-nanodeeltjes te optimaliseren, terwijl het genereren van nano-zilverclusters werd vermeden. Vergeleken met Au Ag-legering, pure Au en pure Ag-nanodeeltjes, xylan-gecoate Au@Ag Het Raman-signaal van 4-mercaptobenzoëzuur heeft een sterker versterkend effect en de detectielimiet bereikt 1 nm. Bovendien kunnen met xylan verpakte Au@Ag-nanodeeltjes Sudan I, een voedselverontreinigende stof, detecteren met een detectielimiet van slechts 0,126 ppm.
Met behulp van de reductieve eindgroepen en macromoleculaire ketenstructuur van xylan-moleculaire keten, onderzocht deze studie de methode voor het bereiden van goud-zilver bimetaal nanodeeltjes met xylan als een groen reductiemiddel en stabilisator, en leverde een eenvoudige, groene en ultragevoelige oppervlaktedetectietechnologie voor voedsel / milieu veiligheidsbeoordeling.
3. Studie naar de synthese en prestatie van xylan-g-chitosan quaternair ammoniumzout / montmorilloniet retentie- en drainagehulpmiddel:
Om de retentie- en drainage-eigenschappen van xylaan, chitosan quaternair ammoniumzout en montmorilloniet te combineren, werden de gepelde xylan-g-chitosan quaternaire ammoniumzout / montmorilloniet (xylan-g-qcs) nanocomposieten bereid door chemische klikreactie en intercalatiereactie als een nieuwe retentie- en drainagehulp.
Ten eerste wordt chitosan quaternair ammoniumzout (QCS) in de laagruimte van montmorilloniet ingebracht om de laagafstand van montmorilloniet te vergroten, en vervolgens wordt de moleculaire keten van xylan en QCS in de laagruimte van montmorilloniet gekoppeld door op chemische reactie te klikken. In dit proces wordt de laagafstand van montmorilloniet verder vergroot tot strippen.
In vergelijking met de drie grondstoffen zijn de retentie- en drainageprestaties van xylan-g-qcs-nanocomposieten aanzienlijk verbeterd. De maximale uitvlokkingsefficiëntie van calciumcarbonaat is 37,41 procent. Wanneer de toevoegingshoeveelheid 0.01mg/g is, is de opklopgraad het laagst.
Door het negatief geladen xylaan te koppelen aan het positief geladen quaternaire ammoniumzout van chitosan, wordt bovendien de ladingsaccumulatie veroorzaakt door QCS in een gesloten systeem vermeden. In deze studie werd xylan geënt en gemodificeerd door klikchemie. Door xylaan als polyanion-elektrolyt te gebruiken, heeft het veel vertakkingen en is het gemakkelijk te hydrateren en te zwellen. Tegelijkertijd werden, in combinatie met de voordelen van chitosan en montmorilloniet, de retentie- en drainage-eigenschappen van xylaan verbeterd en werd een nieuw additief voor papierfabricage ontwikkeld.
4. Voorbereiding en prestatiestudie van xylan-koolstofbal / grafeen-supercondensator:
Nadat xylaan was opgelost in natriumhydroxide/ureumsysteem, werden met stikstof gedoteerde xylaankoolstofbolletjes (XCS) bereid door hydrothermische carbonisatie, en vervolgens werden geactiveerde xylaankoolstofbolletjes (axcs) verkregen door KOH-activering bij hoge temperatuur. Vervolgens werden axcs en ascorbinezuur tegelijkertijd aan de grafeenoxide-oplossing toegevoegd en werden geactiveerde xylaankoolstofbolletjes / grafeenoxidefilm (axcs/go) verkregen door middel van zuigfiltratie, en vervolgens werd opnieuw ascorbinezuur toegevoegd om de go te verminderen. Tijdens het reductieproces van het composietmembraan, zal de go in de buitenste laag hydrofoob worden nadat het is gereduceerd tot RGO, waardoor wordt voorkomen dat het reductiemiddel in het binnenste van het membraan dringt. Op dit moment kan het ascorbinezuur in het membraan de in situ verminderen, en de koolstofbal als de connector van grafeenlamel verhoogt de ladingsoverdrachtssnelheid tussen grafeenlagen, zodat de specifieke capaciteit van het axcs / rgo-composietmembraan wordt verbeterd. In het systeem met dubbele elektroden is de stroomdichtheid 1A? Wanneer g-1, heeft het een specifieke capaciteit van 755mf/cm2, de vermogensdichtheid is 22,5 ~ 2250mw/cm2 en de energiedichtheid is 11,88 ~ 25,2mwh/cm2. Na 10000 cycli is de retentiegraad van de capaciteit 108,7 procent.
In deze studie werden xylan-koolstofbolletjes bereid door gebruik te maken van de hoge opbrengst van xylan hydrothermale koolstof, en de elektrodematerialen van supercondensatoren werden bereid door te compounderen met grafeen, wat het toepassingsgebied van xylan verbreedde.
5. Onderzoek naar de detectie van Cr (Ⅵ) in water door xylaan zelfpassivering monolaag grafeen kwantumdots gecombineerd met microfluïdische controle:
Monolaag grafeen quantum dots (sgqds) worden meestal bereid uit aromatische moleculen of andere koolstofprecursoren door bottom-up methoden.
In deze studie werden voor het eerst stikstof-zelfgedoteerde grafeen-kwantumdots (n-sgqds) onder hydrothermische omstandigheden bereid met behulp van naoh/ureum en xylan zonder benzeenring als voorloper. Hierbij wordt xylaan volledig opgelost en vormt het een complex met naoh/ureum. Wanneer gecarboniseerd in hydrothermische reactie, ontleedt ureum en geeft ammoniak en koolstofdioxide vrij, wat de vorming van monolaag grafeen kwantumstippen bevordert en hun interactie en agglomeratie belemmert. De geprepareerde grafeen-quantumdots zijn gedoteerd met 1,38 procent stikstof, de kwantumopbrengst is 23,8 procent, de fluorescentielevensduur is 5,76ns en het oppervlak is zelfgepassiveerd door onvolledig verkoold xylaan, wat de agglomeratie van kwantumdots vermijdt. De xylaan zelfgepassiveerde monolaag grafeen kwantumstippen hebben een goede selectiviteit en gevoeligheid wanneer ze worden gebruikt als een fluorescerende sonde om Cr (Ⅵ) in water te detecteren. De passiveringslaag vermijdt de interferentie van andere ionen in water en kan alleen worden beschadigd door sterke oxidanten zoals Cr (VI). Het lineaire detectiebereik van Cr (Ⅵ) is 5 ~ 150 M. De detectielimiet is slechts 4,1 M. Door kwantumstippen in hydrogels in te bedden en deze te integreren in microfluïdische chips, wordt de visuele detectie van Cr (VI) gerealiseerd.
In deze studie werd xylose hydrothermisch omgezet in met stikstof gedoteerde enkellaagse grafeenquantumdots. Met de hulp van naoh/ureum werd een nieuwe manier ontwikkeld om enkellaagse grafeen-kwantumdots met niet-aromatische moleculen te maken, en werd een eenvoudige en gemakkelijke visualisatiemethode geboden voor het monitoren van het watermilieu.