甲壳生物质修复废弃煤矿酸性矿坑水研究进展

废弃高硫煤矿酸性矿坑水(Acid mine drainage,AMD)污染是我国生态文明建设面临的重大挑战。研发低成本、可持续环境功能材料对AMD进行绿色低碳修复已成为重大科技需求。甲壳生物质富含碳酸钙、甲壳素和蛋白质,且来源广泛,利用率低。利用甲壳生物质制备修复材料治理AMD体现了“以废治废”的理念。文章综述了虾蟹壳作为修复材料治理AMD的研究现状,结果表明:虾壳既可作为碱性材料中和AMD的酸度,也可作为有机基质促进微生物的代谢活性。此外,虾壳提取物甲壳素及其衍生物壳聚糖具有丰富的羟基、氨基等官能团,可与AMD中重金属离子形成配位络合物。虾壳是具有应用前景的废弃煤矿AMD多功能修复材料。虾壳中甲壳素的绿色提取技术及其在矿区实际条件下的修复应用将是今后研究的前沿和重点。

甲壳素绿色提取技术的研究进展

甲壳素是自然界中含量第二大的天然高分子多糖,作为一种来源广泛的生物质材料,其具备独特的理化性质,因而其应用方面的研究一直备受关注。受限于传统提取方法的缺陷及甲壳素本身难以利用等问题,目前甲壳素的大规模商业化应用仍处于发展的瓶颈阶段,以至于造成大量甲壳素生物质资源遭到废弃,因此寻找到一种绿色提取方法是当前甲壳素研究的一个重要方向。该文以最新的甲壳素提取方法为对象,从物理法、化学法和生物法等方面多角度阐述甲壳素提取研究现状,重点归纳总结甲壳素化学法和生物法提取工艺的优缺点及发展现状,展望基因工程等现代生物技术在甲壳素提取方面的应用,以期为后续甲壳素绿色提取工艺的改良升级提供借鉴参考与实践依据。

甲壳素纳米纤维的制备及在生物质材料中的应用研究进展

甲壳素纳米纤维(Chitinnanofiber,ChNF)基于其自身的高纵横比、高比表面积、低密度和丰富的官能团在生物质材料研究领域备受关注。甲壳素主要来源于蟹、虾等甲壳纲动物外壳、鱿鱼顶骨、蘑菇等真菌植物的细胞壁。近年来,有关甲壳素表面改性及在食品、化工等领域的应用已被综述,但甲壳素的纳米化制备及甲壳素纳米纤维功能化应用在生产工艺、综合性能等方面的总结还有待进一步完善。文中综述了生物体中甲壳素的提取方法、纳米化制备工艺及甲壳素纳米纤维功能化应用的研究进展,分别介绍了甲壳素纳米纤维制得的光学透明材料、高强度凝胶材料、高强度丝线、可降解包装材料和以甲壳素纳米纤维作为增强相的复合材料等在柔性显示、柔性传感、智慧包装、生物医药、组织工程及可降解包装等生物质材料领域的应用。最后,对甲壳素纳米纤维的制备及功能化应用的未来研究发展方向进行了展望,以期为后续研究者开发新型功能化甲壳素纳米纤维材料提供参考。

甲壳素生物质转化为高附加值化合物研究进展

甲壳素是地球上仅次于纤维素的第二大天然高分子多糖,年产丰富,天然可再生。将其转化为燃料及高附加值化学品,对于缓解全球能源危机和解决环境污染问题具有重要意义。本文综述了近年来国内外以甲壳素、壳聚糖、氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖等甲壳素类生物质为原料,在不同催化条件下制备含氮化合物、呋喃衍生物和有机酸等高附加值化学品的转化途径及其最新研究进展。提出了甲壳素生物质转化为重要基础化合物的新思路,以促进甲壳素生物质制备高附加值化学品工业技术的发展,为可再生资源替代化石资源的可持续发展提供有力的理论支持和实践指导。

甲壳素新型溶剂研究进展

甲壳素是重要的可再生生物质资源,但其难溶性限制了它的应用。综述了甲壳素溶剂的重要研究进展,包括钙溶剂和离子液体等绿色溶剂以及浓碱-冻融循环处理溶解甲壳素的方法。钙溶剂和离子液体能在温和的条件下溶解甲壳素,对甲壳素结构损伤较小,并且使用方便、无毒、对生态和环境友好,可用来制备能广泛用于生物医学或组织工程领域的水凝胶膜和支架材料,对它们的深入研究有望推进甲壳素科学和绿色化学的发展;而浓碱-冻融循环处理因其快捷、方便、廉价、易控,有望成为一种有效的甲壳素前处理手段。

胶原蛋白-甲壳素及其衍生物的复合改性和应用

阐述了胶原蛋白-甲壳素、壳聚糖等的复合改性,以及在医用组织材料、静电纺丝、造纸、皮革等领域的应用,展望了其在生物质材料、新型高分子等新领域的应用前景。

糖类衍生物催化制备含氧液体燃料和精细化学品

通过生物炼制获取液体燃料和化学品是缓解当前能源危机的有效途径。概述了木质纤维素和甲壳素综合利用方面的研究进展。重点介绍了笔者研究团队在平台化合物加氢制液体燃料、甲壳素类生物质制含氮杂环精细化学品方面的研究成果,并展望了该领域未来的发展方向。

甲壳素的液化反应及其动力学模拟

通过单因素试验法对甲壳素的酸催化液化反应中的影响因素进行了探讨。结合红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)等分析手段分别对液化残渣和液化物的主要官能团、热稳定性、结晶度及表面形貌特征进行了分析,并应用动力学模型探讨了不同温度下反应速率和残渣率的关系。结果表明升高温度、增加催化剂用量和延长反应时间均有利于降低残渣率;动力学研究表明甲壳素的酸催化液化为复杂的多级反应,活化能Ea=34.5kJ/mol,指前因子A=254.17s^(–1),平均活化焓ΔHr=30.86kJ/mol,平均活化熵ΔSr=-210J/mol,整个反应为吸热反应,表观反应速率常数随着温度的升高而增加,在外界能量输入下,体系有序性发生变化。

甲壳素生物质研究的现状与对策

简述了国内外甲壳素的研究与应用、甲壳素生物质降解研究进展及国外甲壳素资源的管理经验,并对我国甲壳素生物质研究及发展提出建议。

由甲壳素生物质合成含氮化学品研究进展

甲壳素是地球上储量丰富且含有生物固定氮元素的天然高分子。将甲壳素生物质高选择性转化为高值含氮化学品是利用甲壳素的有效策略,已经引起研究者的关注。本文综述了近年来由甲壳素及其衍生物(如壳聚糖等)合成氨基糖、氨基醇、氨基酸和杂环化合物等含氮高附加值化学品的研究进展,对甲壳素生物质的高值化利用进行了展望。

由甲壳素生物质合成羧酸类化学品研究进展

甲壳素是地球上产量仅次于纤维素的天然高分子,至今还未得到充分利用。将可再生的甲壳素生物质高选择性转化为高附加值化学品是利用甲壳素的有效策略,已经引起国内外研究者的关注。在甲壳素衍生产品中,有机酸是重要化工原料,有潜在应用价值。本文对近年来由甲壳素及其衍生物合成羧酸类化学品研究进展进行了综述,总结了不同催化体系对产物收率和选择性的影响,对由甲壳素制备高值羧酸类化学品进行了展望。

纤维素与甲壳素常压酸催化液化生成小分子化学品的机理研究进展

在过去的二十年里,利用常压催化液化法将木质生物质尤其是纤维素转化为小分子化学品的研究已经取得了一定的成果,近年来,常压催化液化法开始被应用于甲壳素生物质向小分子化学品转化的研究,极大地丰富了液化产物的种类尤其是含氮小分子化学品的类型。本文对常压下酸催化的纤维素与甲壳素在不同溶剂中液化生成的小分子化学品进行了总结,并重点对其液化机理的研究进展进行了阐述。提出了纤维素与甲壳素液化制备小分子化学品及机理研究中存在的一些问题及解决途径的建议,并对甲壳素的液化研究进行了展望。

壳聚糖改性及纤维成形研究进展

以壳聚糖为原料对其进行接枝或交联改性、再通过静电纺丝或湿法纺丝等方法纺制成纤维材料的研究新进展,并对壳聚糖及其衍生物的研究和应用前景进行了展望。

水溶性壳寡糖的制备及其对双歧杆菌的增殖作用

采用过氧化氢氧化法制备水溶性壳寡糖,采用Q TRAP LC/MS/MS System测定壳寡糖的平均分子量,观察其对双歧杆菌的增殖作用,试验结果表明,分子量609水溶性壳寡糖在浓度为0.05%时,对于双歧杆菌具有明显的增殖作用。