纤维素纳米晶表面吸附双离子型化合物的研究开题报告

全文总字数：4968字

1. 研究目的与意义（文献综述）

纤维素是自然界中储量最为丰富的多糖类天然高分子，是地球上储量最丰富的可再生生物资源，广泛存在于木材、棉麻及农作物秸秆、细菌等生物质细胞壁中。据统计，地球上生物质大概约为36000亿吨，然而绝大部分生物质没有得到充分的利用，这些生物质中就包含大量的纤维素，所以有数量巨大的天然纤维素没有被得到充分的利用，而被各种微生物分解为co₂和h₂o，这是对资源的巨大浪费。纤维素的化学式和其他多糖一样都是为（c₆h₁₀o₅）n，其表面存在大量羟基，可以发生酯化、氧化、醚化等反应，所以纤维素可以在表面进行修饰，进而开发出性能优异的纤维素材料，近年来受到研究者的广泛关注和研究。

纤维素纳米晶（cnc）是一种从天然纤维素中提取的棒状生物质纳米粒子，具有较高的结晶度，且具有高模量、高强度等优异的机械性能，此外，因其属于有机物质，相对于无机纳米粒子来说，有着较多的优点，在复合材料、功能材料、生物医用材料等领域受到了广泛的关注和研究。如前所述，制备纤维素纳米晶的经典方法是采用硫酸溶液进行一步水解，利用硫酸除去纤维素纤维中的无定型区域，得到高度结晶的棒状纤维素纳米晶。这种方法得到的cnc表面带有大量的磺酸基团，因而其表面也带有大量的负电荷。

n,n-二丙酸十八胺是一种双离子型化合物。有研究者研究了和n,n-二丙酸十八胺为同系物的n,n-二丙酸十六胺，他们都具有相同的氨基和羧酸基团。研究发现n,n-二丙酸十六胺对ph敏感，在不同的ph下拥有不同的分散状态，且其表面电荷也随着ph的变化而变化。有研究表明，其在ph小于2时，带有正电荷；在ph大于6时带有负电荷；而ph在2-6之间时，同时带有正电荷和负电荷。所以由此可以推断n,n-二丙酸十八胺也具有相似的对ph敏感的性质，其表面电荷会随着溶液ph的改变而变化。其合成路线及其形态随ph变化如下图所示:

2. 研究的基本内容与方案

研究内容包括：

1）制备双离子型化合物，并对其性质进行验证性实验；

2）制备硫酸水解的纤维素纳米晶，并将其分散到水中，形成一定浓度的悬浮液；

3. 研究计划与安排

（1）2019-03-20前完成开题报告撰写，包括将相关文献阅读标注后分类留存，便于后期查阅参考，同时阅读其他有关文献来扩展对纤维素材料领域的理解

（2）2019-04-30前完成纤维素纳米晶的提取和双离子型化合物的制备，并探索双离子型化合物的各种性质，为制定下一步实验方案提供数据支持。

（3）2019-05-20前完成纤维素纳米晶的结构与性质表征和分析，包括证明双离子型化合物物理修饰成功、ftir测试，进行形貌、尺寸的xrd、元素分析、xps、tem测试，计算双离子型化合物在纤维素纳米晶体上接枝量的测试、进行nanosizer测试，得到物理修饰对cnc形貌的影响数据和修饰原料的zeta电位结果，探究双离子型化合物对cnc的修饰结果和吸附机理及吸附量与修饰环境的关系。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 黄进，林宁，彼得张荣贵，阿兰迪弗雷纳，《生物基聚多糖纳米晶—化学与应用》，化学工业出版社，北京，2015，pp 244.

[2] dufresne a. ed.: nanocellulose: from nature tohigh performance tailored materials. walter de gruyter gmbh: berlin and boston,ma; 2012, pp 460.

[3] dufresne a. nanocellulose: a new agelessbionanomaterial. mater. today 2013, 16, 220227.