Xylaneste principalul tip de hemiceluloză, care este adesea folosit ca material model de hemiceluloză. Are avantajele unei surse largi, preț scăzut, regenerabil, biodegradabil, biocompatibilitate bună și așa mai departe. În prezent, cercetarea materialelor pe bază de xilan se concentrează în principal pe prepararea membranelor, hidrogelurilor și a altor domenii, dar xilanii sunt heteropolizaharide, cu structură moleculară complexă, unități de zahăr diverse, lanțuri moleculare scurte și ramificații multiple. Membranele și hidrogelurile preparate au proprietăți mecanice slabe, iar avantajele lor nu au fost puse în practică. În comparație cu celuloza și lignina, cele trei componente majore ale plantelor, moleculele de xilan au avantajele dizolvării ușoare, accesibilității ridicate și randamentului ridicat de carbon hidrotermal.
Această lucrare folosește pe deplin aceste avantaje ale xilanului. Pe de o parte, xilanul și nanomaterialele anorganice sunt combinate la nivel molecular și sunt dezvoltate o varietate de noi compozite xilan/nanocompozite anorganice; Pe de altă parte, prin carbonizare hidrotermală, sferele de carbon de xilan și punctele cuantice ale grafenului au fost pregătite și aplicate eficient la ajutoarele de retenție și drenaj, îmbunătățirea Raman, supercondensatori și, respectiv, detectarea ionilor, care au lărgit câmpurile de aplicare ale xilanului și au realizat valoarea ridicată. utilizarea xilanului.
Principalele conținuturi ale cercetării sunt următoarele:
1. Prepararea punctelor cuantice de grafen pasivat cu xilan și detectarea selectivă a urmei fe3 plus:
Punctele cuantice de grafen (gqds) au fost preparate prin ultrasunete cu grafit ca materie primă, N-metil pirolidonă ca solvent și hidroxid de sodiu ca reactiv auxiliar. Gqd-urile conțin grupe funcționale de oxigen și au mai puține defecte de suprafață, care sunt mai apropiate de structura grafenului original, dar gqd-urile au solubilitate scăzută în apă și sunt ușor de aglomerat în precipitate albe.
În acest studiu, xilanul a fost folosit pentru a-și pasiva suprafața pentru a obține puncte cuantice de grafen pasivat cu xilan (GQDs@xylan). În comparație cu înainte de pasivare, GQDs@xylan Stabilitatea în apă este îmbunătățită, randamentul cuantic este, de asemenea, crescut de la 19,12% la 36,63%, iar durata de viață a fluorescenței este crescută la 7,47ns. GQDs@xylan Intensitatea fluorescenței este mai puțin afectată de pH și poate fi păstrată practic neschimbată în intervalul ph=6 ~ 10. Ca sondă fluorescentă, detectarea selectivă a fe3 plus în soluție este realizată pe baza efectului de filtrare intern, iar intervalul liniar de detecție este de 0 ~ 75 μ M. Limita de detecție este de 92,8 nm.
Acest studiu folosește pe deplin caracteristicile că xilanii multi-ramificați sunt ușor de format înveliș dens de polimer. Pentru prima dată, xilanii sunt utilizați pentru modificarea pasivării suprafeței punctelor cuantice de grafen, se prepară compozite de puncte cuantice xilan/grafen și se obține o sondă fluorescentă eficientă pentru detectarea selectivă a urmei de fe3 plus.
2. Prepararea nanoparticulelor bimetalice de aur argint prin reducerea verde a xilanului și efectul său de îmbunătățire Raman:
Folosind xilan ca reductor și stabilizator, acidul cloroauric ca precursor de aur și reactiv Torun ca precursor de argint, structurile miez-cochilie cu grosimi diferite ale carcasei au fost preparate în aliaj verde Au@Ag și Au Ag. Adăugarea de xilan evită utilizarea de reactivi chimici toxici și simplifică procesul de sinteză. Xylanul învelit pe suprafața nanoparticulelor nu numai că stabilizează nanoparticulele și le face dispersate uniform în soluție apoasă, dar își îmbunătățește și capacitatea de a rezista la oxidarea și coroziunea H2O2, formează puncte fierbinți între nanoparticulele interconectate și îmbunătățește performanța de îmbunătățire a suprafeței Raman a nanoparticulelor. Miezul cu o formă mai uniformă a fost pregătit prin optimizarea cantității de nanoparticule de xilan Au@Ag, evitând în același timp generarea de clustere de nano argint. În comparație cu aliajul Au Ag, nanoparticulele Au pur și Ag pur, Au@Ag acoperite cu xilan Semnalul Raman al acidului 4-mercaptobenzoic are un efect de îmbunătățire mai puternic, iar limita de detecție atinge 1nm. În plus, nanoparticulele Au@Ag învelite în xilan pot detecta Sudan I, un poluant alimentar, cu o limită de detecție de la 0,126 ppm.
Folosind grupele terminale reductive și structura lanțului macromolecular al lanțului molecular xilan, acest studiu a explorat metoda de preparare a nanoparticulelor bimetalice de aur argint cu xilan ca reducant și stabilizator verde și a furnizat o tehnologie de detectare a suprafeței simplă, verde și ultra sensibilă pentru alimente/mediu. evaluarea siguranței.
3. Studiu privind sinteza și performanța sării de amoniu cuaternar de xilan-g-chitosan / reținere și ajutor de drenaj de montmorillonit:
Pentru a combina proprietățile de retenție și drenaj ale xilanului, sării de amoniu cuaternar chitosan și montmorillonitului, nanocompozitele decojite de sare de amoniu cuaternară de xilan-g-chitosan / montmorillonit (xylan-g-qcs) au fost preparate prin reacție chimică clic și reacție de intercalare ca un nou ajutor de reținere și drenaj.
În primul rând, sarea de amoniu cuaternar de chitosan (QCS) este introdusă în spațiul stratului de montmorillonit pentru a extinde distanța dintre straturile de montmorillonit, iar apoi lanțul molecular de xilan și QCS este legat în spațiul stratului de montmorillonit făcând clic pe reacția chimică. În acest proces, distanța dintre straturile de montmorillonit este crescută în continuare până la stripare.
În comparație cu cele trei materii prime, performanța de retenție și drenare a nanocompozitelor xylan-g-qcs a fost mult îmbunătățită. Eficiența maximă de floculare a carbonatului de calciu este de 37,41%. Când cantitatea adăugată este de 0,01 mg/g, gradul de bătaie este cel mai scăzut.
În plus, prin legarea xilanului încărcat negativ cu sarea de amoniu cuaternară încărcată pozitiv a chitosanului, se evită acumularea de sarcină cauzată de QCS într-un sistem închis. În acest studiu, xilanul a fost grefat și modificat prin chimie prin clic. Folosind xilan ca electrolit polianion, are multe ramuri și este ușor de hidratat și de umflat. În același timp, combinate cu avantajele chitosanului și montmorillonitului, au fost îmbunătățite proprietățile de retenție și drenaj ale xilanului și a fost dezvoltat un nou aditiv pentru fabricarea hârtiei.
4. Pregătirea și studiul performanței bilei de carbon xilan/supercondensator de grafen:
După ce xilanul a fost dizolvat în sistem hidroxid de sodiu/uree, sferele de carbon xilan dopate cu azot (XCS) au fost preparate prin carbonizare hidrotermală, iar apoi sferele de carbon xilan activat (axcs) au fost obținute prin activarea KOH la temperatură înaltă. Apoi, axcs și acid ascorbic s-au adăugat la soluția de oxid de grafen în același timp și s-au obținut sfere de carbon de xilan activat/film de oxid de grafen (axcs/go) prin filtrare cu aspirație, apoi s-a adăugat din nou acid ascorbic pentru a reduce go. În procesul de reducere a membranei compozite, trecerea în stratul exterior va deveni hidrofobă după ce a fost redusă la RGO, împiedicând reductorul să pătrundă în interiorul membranei. În acest moment, acidul ascorbic din membrană poate reduce intrarea in situ, iar bila de carbon ca conector al lamelei de grafen crește rata de transfer de sarcină între straturile de grafen, astfel încât capacitatea specifică a membranei compozite axcs/rgo este îmbunătățită. În sistemul cu electrozi dubli, densitatea de curent este de 1A? Când g-1, are o capacitate specifică de 755mf/cm2, densitatea de putere este de 22,5 ~ 2250mw/cm2, iar densitatea de energie este de 11,88 ~ 25,2mwh/cm2. După 10000 de cicluri, rata de retenție a capacității este de 108,7%.
În acest studiu, sferele de carbon xilan au fost preparate profitând de randamentul ridicat de carbon hidrotermal de xilan, iar materialele electrozilor supercondensatorilor au fost preparate prin combinare cu grafen, ceea ce a lărgit câmpul de aplicare al xilanului.
5. Studiu privind detectarea Cr (Ⅵ) în apă prin puncte cuantice de grafen monostrat de autopasivare cu xilan combinate cu control microfluidic:
Punctele cuantice de grafen monostrat (sgqds) sunt de obicei preparate din molecule aromatice sau alți precursori de carbon prin metode de jos în sus.
În acest studiu, punctele cuantice de grafen autodopate cu azot (n-sgqds) au fost preparate pentru prima dată în condiții hidrotermale cu ajutorul naoh/uree și xilan fără inel benzenic ca precursor. În acest proces, xilanul este complet dizolvat și formează un complex cu naoh/uree. Când este carbonizată în reacția hidrotermală, ureea se descompune și eliberează amoniac și dioxid de carbon, care promovează formarea punctelor cuantice de grafen monostrat și împiedică interacțiunea și aglomerarea acestora. Punctele cuantice de grafen preparate sunt dopate cu 1,38% azot, randamentul cuantic este de 23,8%, durata de viață a fluorescenței este de 5,76ns, iar suprafața este autopasivată de xilan incomplet carbonizat, ceea ce evită aglomerarea punctelor cuantice. Punctele cuantice de grafen monostrat autopasivat cu xilan au o selectivitate și o sensibilitate bune atunci când sunt utilizate ca sondă fluorescentă pentru a detecta Cr (Ⅵ) în apă. Stratul de pasivare evită interferența altor ioni în apă și poate fi deteriorat doar de oxidanți puternici precum Cr (VI). Intervalul de detecție liniară a Cr (Ⅵ) este de 5 ~ 150 μ M. Limita de detecție este de numai 4,1 μ M. Prin încorporarea punctelor cuantice în hidrogeluri și integrarea lor în cipuri microfluidice, se realizează detectarea vizuală a Cr (VI).
În acest studiu, xiloza a fost transformată hidrotermal în puncte cuantice de grafen cu un singur strat dopate cu azot. Cu ajutorul naoh/ureei, a fost oferită o nouă modalitate de a pregăti puncte cuantice de grafen cu un singur strat cu molecule nearomatice și a fost furnizată o metodă simplă și ușoară de vizualizare pentru monitorizarea mediului apei.