基于密度泛函理论纤维素热解机理热力学研究

为了探究纤维素的热解机理,参考相关的实验结果,以纤维素单体模化物为研究对象,采用密度泛函理论的方法,以b3lyp/6-31++g(d,p)为基,对纤维素单体热解反应生成乙醇醛和CO_(2)小分子的反应机理进行动力学研究.纤维素单体热解生成乙醇醛和CO_(2)的反应路径为纤维素单体首先开环,之后裂解生成四糖片段M2和乙醇醛P1,能垒最高为339.1 kJ/mol,四糖片段M2经过脱水形成烯酮结构后再与水分子作用生成羧基,最后发生脱羧反应生成CO_(2),能垒较高为290.1 kJ/mol,不容易发生,整个过程放出98.9 kJ/mol的热量,并对路径反应物、中间体和过渡态进行几何构型全优化,过渡态的振动和频率计算,同时进行不同温度下(400 K、600 K、800 K、1000 K、1200 K)热解过程的热力学分析,对纤维素的热解机理研究将对生物质的热裂解机理研究有重要的意义.

甲基纤维素/聚乙烯醇负载纳米银(AgNPs@PVA/MC)复合膜的制备及其对瓯柑贮藏品质的影响

以甲基纤维素(MC)和聚乙烯醇(PVA)为复合膜基材,纳米银(AgNPs)为抑菌剂,甘油为增塑剂,制备具有抑菌作用的AgNPs@PVA/MC复合膜。通过考察不同质量分数(0%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%)AgNPs对复合膜的性能影响并对其外观、机械性能、微观结构及抑菌性等性能进行表征,为开发瓯柑贮藏保鲜材料提供理论支撑。结果表明,随着AgNPs含量增加,复合膜对桔青霉生长的抑制作用越显著(P<0.05)。其中,0.1%AgNPs含量的复合膜综合性能最为优异,其抗拉强度达到12.45 MPa、断裂伸长率为6.47%、水蒸气透过率为21.03×10^(-6)g·mm/(m^(2)·s·Pa)、氧气透过率为2.31×10^(-6)cm^(3)/(cm^(2)·s·Pa),扫描电子显微镜显示其横截面具有规则、紧密及分布均匀的AgNPs颗粒,红外光谱及热重分析表明其具有良好的结合性和热稳定性。0.1%AgNPs@PVA/MC复合膜可有效减小瓯柑贮藏期间失重率,降低可溶性固形物、可滴定酸及VC的消耗速率,延缓瓯柑的成熟并显著抑制致腐菌桔青霉的生长,能较好地保持瓯柑贮藏期品质,为瓯柑产业的可持续发展提供支撑。

纤维素降解菌I2的分离及相关降解基因功能验证

纤维素是地球上数量最大的可再生能源物质,利用微生物或其产生的酶可将纤维素水解成葡萄糖。筛选高效纤维素降解菌和纤维素酶一直是生物能源等领域研究的热点。该研究筛选分离了1株具有降解纤维素能力的短小芽孢杆菌I2,通过基因组测序,分析其参与纤维素降解的基因,并对纤维素酶的功能进行验证。I2分离自河南南阳宝天曼自然保护区落叶及长期堆积小麦秸秆的堆体等样本富集后的混合菌系,具有降解滤纸的能力,48 h内可以降解大部分滤纸。基因组组装分析显示,I2的基因组大小为4.2 Mbp,含有4635个基因。利用CAZy碳水化合物数据库注释和酶活性测定实验,对数据库检测到的182个基因进行分析,明确I2中4个基因在大肠杆菌表达后具有纤维素酶活性。其中,G2269纤维素内切酶活性最高,在pH 5.0,温度55℃条件下,酶活力可达49.02 U/mL。金属离子Ca^(2+)、Zn^(2+)对于G2269的活性有明显提高作用,Mn^(2+)和Cu^(2+)对G2269活性抑制比较明显,Mg^(2+)、Co^(2+)、K^(+)、Ni^(2+)、NH_(4)^(+)对于G2269的活性无显著影响。此外,G2269还具有良好热稳定性和酸碱稳定性,在65℃保持30 min后仍保留70%的活力,在食品加工和饲料生产等领域显示出较好的应用潜力。

再生纤维素基三明治结构复合薄膜的电磁屏蔽性能

电磁辐射污染在工业、民用及军事等领域日趋严重,高性能的电磁干扰(Electromagnetic interference,EMI)屏蔽材料成为当前研究热点。以再生纤维素(Regenerated cellulose,RC)为基体,石墨烯(Graphene,GE)为导电填料,纳米Fe_(3)O_(4)为磁性填料,采用沉浸相转化法和压制成型法制备了三明治结构GE/RC-Fe_(3)O_(4)/RC-GE/RC复合薄膜。研究了GE含量和薄膜厚度对复合薄膜EMI屏蔽性能的影响,探讨了其屏蔽机制。结果表明,随着GE含量和薄膜厚度的增大,复合薄膜的电导率和EMI屏蔽性能逐渐提高。当GE含量为20%(质量分数,如无特殊说明,下同)、薄膜厚度为0.84 mm时,复合薄膜的EMI屏蔽效能(Shielding effectiveness,SE)达到24.7 dB。同时,GE的添加增强了复合薄膜的拉伸强度,其最大值为12.2 MPa。本研究为绿色纤维素基电磁屏蔽复合薄膜的构筑提供了借鉴。

基于羧甲基纤维素包裹铜纳米颗粒复合材料电化学传感器检测牛奶中诺氟沙星

以羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)包覆的铜纳米颗粒(copper nanoparticles,Cu NPs)和碳黑(carbon black,CB)为原料,制备CMC@Cu/CB复合材料,构建检测诺氟沙星(norfloxacin,NFX)的高灵敏度电化学传感器。基于扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和X射线衍射等手段对CMC@Cu/CB结构和形貌进行表征,在玻碳电极(glassy carbon electrode,GCE)表面滴铸复合材料悬浮液,制备CMC@Cu/CB/GCE传感器。结果表明:CMC@Cu/CB/GCE呈均匀分散球状,传感器对NFX具有良好的电流响应,线性范围为0.4~100.0μmol/L,检出限为0.24μmol/L(R_(SN)=3),此外,该修饰电极对实际样品中NFX的测定具有良好的灵敏度和稳定性,对牛奶提取物中NFX的加标回收率为98.8%~112.5%。同时,由于实验过程中原材料价格低廉,传感器的制备成本极低,在实际检测中具有良好的应用前景。

纤维素在LiCl/DMAc中溶解的研究进展

介绍了纤维素的结构与特性,详细阐述了氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)溶剂体系的溶解机理,综述了国内外关于纤维素在LiCl/DMAc溶剂体系中溶解方面的研究现状以及相关应用领域;总结了现阶段LiCl/DMAc溶剂体系所面临的问题,并对其未来发展作出展望。

L-甲硫氨酸改性微晶纤维素对革兰氏阳性菌的抑制作用

为有效预防、处理食品中的微生物污染,本研究以微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)为原材料,通过L-甲硫氨酸(L-methionine,L-Met)负载,制备得到了具有抗菌效果的L-Met改性MCC(M-MCC)。通过微观形貌、元素组成分析等表征改性后M-MCC的形貌变化、元素变化以及稳定性,证明了L-Met成功接枝。对M-MCC的体外抗氧化能力进行研究,发现其对2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS)阳离子自由基有良好的去除效果,当M-MCC的质量浓度为20 mg/mL时,对ABTS阳离子自由基的清除率达到97.47%。而后通过最小抑菌浓度以及细菌生长曲线对M-MCC抑制单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的效果进行研究。确定了M-MCC对L. monocytogenes和S. aureus等革兰氏阳性菌有着较好的抑制效果,最小抑菌浓度和最小杀菌浓度分别为15 mg/mL和30 mg/mL。最后,以L.monocytogenes和S.aureus为指示菌,研究了M-MCC对指示菌细胞膜通透性、细胞膜完整性、细胞内容物以及DNA含量等多个方面的影响。相关结果表明,M-MCC处理对L. monocytogenes和S. aureus的生长有显著的抑制效果,到达对数生长期的时间相较无处理组有所推迟。相应的胞外电导率、核酸和蛋白质的含量都有着明显的变化,且与处理时间密切相关。本研究表明M-MCC在抗菌应用方面具有巨大潜力。

热塑性纤维素与PVA混溶性的分子动力学模拟

首次提出了将氧化还原改性纤维素(Oxidation-reduction modified cellulose,ORC)与聚乙烯醇(Poly(vinyl alcohol),PVA)共混进行制备复合材料,并采用分子动力学模拟研究了ORC与PVA的混溶性.对分子链间相互作用能和氢键数量分析发现,随着改性程度增加,ORC与PVA会产生更强烈的相互作用,这促进了组分间的混溶.当ORC的改性程度达到40%后,ORC与PVA的溶解度参数差值为2.02(J/cm^(3))^(1/2),达到混溶条件.根据Flory-Huggins理论确定了醇解度为88%和99%的PVA与ORC的混溶性,结果表明PVA(88%)与ORC的混溶性更好.对共混体系中形成氢键原子的径向分布函数分析发现,醋酸乙烯酯重复单元上的羰基更倾向与ORC形成分子链间氢键,而乙烯醇重复单元上的羟基更倾向形成分子链内氢键,这促使PVA(88%)/ORC共混体系中形成更多的分子链间氢键,从而混溶性更好.研究结果可为ORC/PVA复合材料的制备提供理论指导.

微晶纤维素/改性纳米水滑石/聚乙烯醇抑菌膜的制备与性能

目的制备微晶纤维素(MCC)/改性纳米水滑石(SA-SDS-LDH)/聚乙烯醇(PVA)膜,并研究影响该膜性能的因素。方法利用NaOH-NaClO法从花生壳中提取MCC,采用焙烧复原法制备山梨酸钾(SA)、十二烷基硫酸钠(SDS)插层水滑石(LDH)纳米材料(SA-SDS-LDH),采用溶液流延法制备复合膜(MCC/SA-SDS-LDH/PVA)。通过傅里叶变换红外光谱、热重和扫描电镜对复合膜的结构、热稳定性、形貌进行表征,测试其力学性能、吸水率、溶解率和抑菌性能。结果MCC、SA-SDS-LDH与PVA膜的相容性较好;添加SA-SDS-LDH,能够提高PVA膜的热稳定性;添加MCC、SA-SDS-LDH可以提高PVA膜的耐水性;添加(均用质量分数计)MCC(1%)、SA-SDS-LDH(4%)的复合膜,其力学性能优于纯PVA膜;在MCC、SA-SDS-LDH的添加量分别为3%、4%时,复合膜表现出最佳的抑菌效果。结论MCC/SA-SDS-LDH/PVA膜具有较好的抑菌性、力学性能、耐水性、热稳定性,为食品包装领域提供了一种性能优良的抑菌膜。

纤维素基汞离子传感器的研究进展

总结了不同形态的纤维素基材料在汞离子传感器方面的研究进展,深入分析了其在比色、荧光和电化学传感等各类传感技术中的重要作用,并探讨了纤维素基材料在汞离子检测中面临的挑战及未来的发展前景。

纤维素织物活性染料气介染色工艺

为缓解印染加工过程中染色废水排放量高、染色过程能耗量大、对环境污染大等问题,文章采用气介染色工艺对纤维素织物进行上染,并与卷染工艺对比,观察两者的染色效果。经实验研究表明,气介染色工艺和卷染工艺对纤维素织物的染色效果一致,且在同等染色效果下,气介染色工艺的能耗低、工艺效率更高,为清洁化染色技术提供了一种可行方法。

基于纤维素材料的摩擦纳米发电机研究进展

近年来摩擦纳米发电机(TENG)发展迅速,在能量收集、人机交互、可穿戴电子、医疗电子等领域有着广泛应用。传统的TENG采用聚合物材料和金属材料制备,它们无法生物降解,难以回收循环利用,会对环境造成污染,因此制备绿色环保的TENG成为了研究热点。纤维素材料以其可降解、可再生、易改性、易加工等优点,促进了环境友好型TENG的发展。简要介绍了TENG的结构组成、工作原理和工作模式,重点总结了纳米纤维素膜、纤维素纸、纤维素气凝胶作为摩擦电材料的TENG研究进展与应用实例,并对纤维素基TENG未来发展进行了展望。

利用纤维素工业废丝/胶高效制备再生纤维素纳米晶

为解决再生纤维素工业丝的废丝以及生产过程中的废丝/胶的再利用问题,设计了以再生纤维素工业废丝或废丝/胶为原料高效制备再生纤维素纳米晶(RCNC)的方法,并通过傅里叶变换红外光谱、马尔文激光粒度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射和原子力显微镜等方法,对比了利用新溶剂法再生纤维素工业废丝/胶、粘胶再生纤维素工业废丝和浆粕制得的RCNC、CNC的结构性能上的区别。结果表明:新溶剂法再生纤维素工业丝废丝/胶高取向度、高结晶度和结构简单的特性使其可以在更温和的条件下酸解,制备的RCNC得率高达到65.09%,远大于以浆粕为原料制备CNC的得率,且具有更高的结晶度。与粘胶纤维素工业废丝制得的RCNC相比,两者具有相似的尺寸与形貌,都为纳米级的棒状结构,长度和长径比分别为93 nm±26 nm和35±20,表明此方法对于不同来源的纤维素工业丝废丝具有一定的普适性。

纤维素基材料的研究进展

21世纪“绿色”化学已成为世界各国社会经济发展中的研究与开发战略方向。纤维素作为自然界中储量最丰富的天然高分子,是重要的可再生资源以及未来的主要工业原料。文章分析了纤维素基材料的性质和性能,介绍了再生纤维素材料、纳米纤维素材料、纤维素复合材料的研究现状,并对其发展前景进行了展望,旨在使纤维素基材料得到更广泛的应用。

植物超分子纤维素合酶复合体的结构与组装研究进展

纤维素是构成植物细胞壁的主要成分,也是自然界最丰富的可再生资源。植物纤维素由β-1,4-葡聚糖链组成,其合成是由位于质膜上的纤维素合酶复合体(cellulose synthase complex, CSC)催化完成。文章从生物化学、遗传学和进化角度分析了植物CSC结构及组装方面的最新研究成果,包括纤维素合酶(cellulose synthase, CesA)亚基的蛋白结构特征和生物学功能、CesA组装成玫瑰花环CSC核心复合体的机制,以及CSC结构与纤维素特性的关系。进一步探讨了细胞骨架等辅助蛋白和蛋白翻译后修饰在超分子CSC组装与纤维素合成调控中的作用。最后,文章展望了利用单碱基编辑技术突变植物保守结构域(plant-conserved region, PCR)、N端结构域(N-terminal domain, NTD)或跨膜结构域(transmembrane domain, TM)等结构域的关键氨基酸位点,改变纤维素合酶复合体稳定性和功能,为培育生物量增加、抗逆性增强、适合特定工业应用的新型植物提供理论基础,为植物纤维素基因工程遗传改良提供了新策略。

高分子材料纤维素醚类衍生物在缓释制剂辅料中的应用

药用辅料是药物制剂的基础材料和重要组成部分,缓释制剂中起缓释作用的辅料多为高分子化合物。综述了高分子材料纤维素醚类衍生物中羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羟丙基纤维素等作为药用辅料在缓释制剂中的应用,并展望了其应用前景。

山杏壳中纤维素、半纤维素、木质素含量的测定

以榆林市的山杏壳作为研究对象,为了精确测定其主要成分(纤维素、半纤维素和木质素)的质量分数,采用了硫酸与重铬酸钾氧化法、2 mol·L^(-1)盐酸水解法和72%的硫酸法,分别针对上述3种成分进行测定。通过控制单因素变量法,确定了每种方法的最佳条件。在最佳条件下,测得山杏壳中纤维素质量分数为26.10%,半纤维素的质量分数达到33.03%,木质素质量分数为31.22%。榆林市山杏壳中富含纤维素、木质素和半纤维素,是重要的可再生资源。

纤维素溶液的流变特性及应用研究进展

概述了纤维素和改性纤维素溶液的流变特性及应用研究进展,并且对纤维素的实际应用及前景进行了评述。

纤维素与透明质酸、肝素、丝素、甲壳素湿纺复合生物纤维的制备与性能研究

室温下,将再生纤维素与透明质酸（HA）、肝素（Hep）、丝素（SF）、甲壳素（N-ACS）等的复合纤维的纺丝液溶于NaOH溶液中,通过喷丝头（孔径0.1mm）喷入含有40％～ 43％硫酸铵的10％硫酸溶液中,得到产率为75％～98％的新型白色、柔韧性较好的复合生物纤维.FT-IR结果显示,复合纤维组分间存在物理吸附和氢键相互作用；少量的HA、Hep、SF和N-ACS等纤维的添加可增加复合纤维的韧能,其中纤维素-SF复合纤维在SF含量为10％时纤度为9.9旦,韧度值为1.08 g/旦,伸长率为35.0％,机械性能相对最好.SEM图像中可以看出复合纤维表面呈现条纹、鳞状、填充和均匀包覆的结构,复合纤维间存在一定的相容性；复合纤维直径为19～55 μm,密度为0.1～0.36旦/μm.

麦洼牦牛粪便纤维素降解菌的筛选、鉴定及产酶条件优化

为从麦洼牦牛粪便中筛选出具有高纤维素降解能力的菌株,通过羧甲基纤维素钠(CMC-Na)培养基分离培养,再利用滤纸条崩解和刚果红平板透明圈试验进行初筛,将获得的菌株使用DNS法测定CMC酶活力进行复筛。根据菌体形态学观察及16S rRNA序列测定及序列同源性比较结合构建的系统发育树分析,确定该菌分类地位。结果表明,从麦洼牦牛粪便中筛选出1株酶活性为11.88 U/mL的纤维素酶产生菌株,经菌种初步鉴定该菌为溶杆菌属,命名为Lysobacter sp.MY16。以菌株MY16发酵产酶的最优培养基配方为:最适碳源蔗糖(50 g/L),最适氮源尿素(7 g/L)为基础,对其培养条件采用Plackett-Burman试验和最陡爬坡试验,结合Box-Benhnken试验响应面法分析,得出培养条件优化结果为温度41℃、接种量8.1%、时间21 h。在最适条件下,培养CMCase活性为36.12 U/mL,比优化前提高了2.04倍。综上可知,本研究筛选出了1株具有高CMC酶活性的菌株MY16,可为纤维素的生物高值转化提供优质的菌种资源。