麦秆基纳米纤维素过滤膜的制备及对微纳米颗粒的过滤性能

以麦秆为原料,采用对甲基苯磺酸(p-TsOH)结合酶辅助超声处理制备木质纤维素纳米纤丝(LCNFs),通过真空抽滤制备LCNFs过滤膜(LCNF-FM)。研究LCNF-FM的微观形貌、纯水通量、润湿性及对微纳米粒子的过滤性能。结果表明,LCNF-FM由相互交联的纳米纤维网络组成,平均孔径为30.2nm。该过滤膜对细菌及纳米TiO_(2)颗粒均具有良好的截留作用。初步应用于红葡萄酒过滤除菌,其对红葡萄酒中有效成分的保留率均在84%以上,对葡萄酒品质影响不大。该LCNFs及其过滤膜的制备方法绿色环保,在农业废弃物的资源化利用及水处理、食品饮料的净化等方面具有广泛的应用前景。

木质纳米纤维素增强聚乙烯醇复合水凝胶的制备及性能研究

以自制含木质素纳米纤维素纤丝(LCNFs)为增强相,聚乙烯醇(PVA)为基体,通过一次冻融制备LCNFs/PVA复合水凝胶。研究LCNFs添加量对复合水凝胶微观结构及含水量、吸水溶胀率、抗压缩性能的影响,以及载药复合水凝胶的药物释放模型及抑菌效果。结果表明,复合水凝胶呈多孔网络结构;其含水量及溶胀率随LCNFs添加量的增加而降低,抗压缩性能LCNFs随添加量的增加而增加。载药水凝胶药物释放模型符合Korsmeyer-Peppas模型,药物释放率可达95%以上,且对测试细菌有良好的抑制作用,在伤口创面敷料等领域具有潜在的应用前景。

纳米纤维素/聚乙烯亚胺水凝胶的制备及对Cr(Ⅵ)的吸附

以麦秆基纳米纤维素纤丝(cellulose nanofibrils,CNF)和聚乙烯亚胺(PEI)为原料,通过化学交联制备了CNF/PEI(CPH)复合水凝胶。SEM结果表明,复合水凝胶微观形貌为蜂窝状大孔网络结构,红外光谱分析及元素分析表明CPH水凝胶携带大量氨基。将CPH复合水凝胶用于水体中Cr(Ⅵ)的吸附研究,结果表明,pH值为2时,Cr(Ⅵ)吸附效果最优;吸附动力学及等温方程研究结果表明其吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温方程符合Langmuir模型,在温度为25,35℃时对Cr(Ⅵ)最大吸附容量分别为117.1,123.5 mg/g。经过3次吸附-解吸循环后,其吸附容量可达对照组的70%以上,说明CPH水凝胶具有一定的再生及循环利用性能。研究结果可为农业废弃物的资源化利用及Cr(Ⅵ)污染处理提供理论依据。

对甲苯磺酸耦合碱性过氧化氢预处理对不同木质纤维素生物转化的影响

【目的】研究对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid,p-TsOH)耦合碱性过氧化氢(AHP)预处理对不同木质纤维素酶解率及乙醇产率的影响,为农林废弃物纤维素生物转化提供理论依据。【方法】以芒草秆、小麦秸秆和杨木为供试材料,分别采用p-TsOH处理(质量分数70%p-TsOH水溶液于80℃处理20 min)以及p-TsOH耦合AHP两步处理(先用质量分数70%p-TsOH水溶液于80℃处理20 min,之后用pH 11.5、体积分数2%H_(2)O_(2)于50℃、120 r/min恒温振荡器中反应12 h)2种方法对3种材料进行预处理,分析不同预处理方法对3种材料化学组成、形态结构(扫描电镜观察、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射、结晶度、保水值)的影响,并研究纤维素酶添加量(5,10,15 FPU/g,以纤维素质量计算)及不同发酵工艺(同步糖化发酵、分步糖化发酵)对p-TsOH耦合AHP两步处理3种材料纤维素酶解率及乙醇产率的影响。【结果】采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木中的半纤维素和木质素含量明显降低,纤维素含量明显提高,其中p-TsOH耦合AHP两步处理的效果更明显,该法处理的芒草秆、小麦秸秆和杨木的木质素脱除率分别为97.01%,96.50%和94.01%,半纤维素脱除率分别为82.50%,84.21%和81.19%,纤维素保留率分别为87.97%,87.85%和90.53%。采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木的微观结构、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射图谱发生了明显变化,结晶度及保水值均明显增加。纤维素酶添加量5 FPU/g、酶解72 h时,芒草秆和小麦秸秆的酶解率均超过90%,而杨木的酶解率为78%;纤维素酶添加量15 FPU/g、酶解12 h时,芒草秆、小麦秸秆的酶解率达到100%,杨木的酶解率为73%;纤维素酶添加量10 FPU/g、酶解24 h时,芒草秆、小麦秸秆和杨木的酶解率均达到95%以上。当底物质量浓度为130 g/L、纤维素酶加量为10 FPU/g、发酵96 h时,p-TsOH耦合AHP两步处理芒草秆、小麦秸秆和杨木同步糖化发酵的乙醇产率分别为92.63%,90.07%和88.00%,高于分步糖化发酵工艺的乙醇产率(86.40%,84.21%和78.09%)。【结论】p-TsOH耦合AHP两步处理可以在温和水溶液条件下选择性脱除原料中的木质素和半纤维素,得到富含纤维素的样品,对不同原料具有较强的适用性,应用前景良好。

双醛纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备及其性能

开发高性能功能性水凝胶并建立药物缓释模型对医用伤口创面材料的开发具有重要的意义。以小麦秸秆为原料通过对甲苯磺酸(p-TsOH)、高频超声、高碘酸盐氧化制备含木质素的生物交联剂双醛纤维素(2,3-dialdehyde cellulose,DAC);以DAC为交联剂与聚乙烯醇(PVA)通过羟醛缩合反应形成互穿网络结构的DAC/PVA复合水凝胶,研究了DAC含量对复合水凝胶的微观结构、吸水溶胀性能、抗压缩性能及热稳定性的影响;采用物理共混法包埋氨苄青霉素(AP)制备DAC/PVA-AP载药水凝胶并研究其药物释放过程、释放机制及抑菌作用。结果表明,DAC/PVA复合水凝胶的微观结构呈多孔3D网络立体结构,交联密度随DAC含量的增加而增加;复合水凝胶的含水量及溶胀率随着DAC含量的增加而减小,当DAC含量从0.8wt%增加至2.0wt%时,其吸水溶胀率从1 823.54%±13.89%降至1 105.41%±7.06%;在70%的应变下,1.0wt%DAC/PVA水凝胶的初始抗压强度达到5.765 MPa,抗压缩性能较强;经121℃高温湿热灭菌后,复合水凝胶均能保持完整的形貌,说明其具有优异的耐高温性能;DAC/PVA-AP载药水凝胶的释放模型符合Korsmeyer-Peppas模型,缓释溶液对测试细菌具有良好的抑菌作用。以小麦秸秆为原料制备的互穿网络结构DAC/PVA复合水凝胶具有力学性能好、能耐高温灭菌等优点,在伤口创面敷料等领域具有潜在的应用价值。