预处理对几丁质氧化改性的影响开题报告

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1. 研究目的与意义

基于几丁质的多糖基生物纳米材料，由于具有无毒、可再生、可生物降解等特性，因此在生物功能材料方面具有较强的优势，作为生物材料进行进一步研究是炙手可热的，世界各国已经逐步开始并进行深入研究。纳米几丁质材料具有许多优良性能，如较大的比表面积、高结晶度、高亲水性、高模量、高强度、超精细结构和高透明性等，这些优异的性能使其在食品、医药、造纸、纺织及新材料制备等方面具有很好的应用前景。

常用的纳米材料制备有两条路线，一是基于分子水平的从下而上（bottom-up）的方法，包括电纺，模型合成和相分离等。另外一条路线则基于对天然生物资源的利用，即所谓低尺度化（downsizing）的方法。近几年，东京研究团队应用tempo（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧游离基）-naclo-nabr氧化体系从天然植物纤维素中分离获得纳米纤维。该方法制备的纤维素纳米纤维截面直径为3-4 nm，长度可达数微米，具有很大的长径比，应用范围更广阔。其后，范一民教授研究证明，这一方法同样适用于几丁质纳米纤维的制取，成功获得表面带负电荷的几丁质纳米纤维。

tempo氧化法的主要优势在于氧化条件温和、能耗低、选择性高等，但是，该方法不可避免地引入了卤族元素，会造成卤素污染。为了减少化学试剂的使用，使纳米纤维的制备过程更绿色环保，制备高结晶度高长径比几丁质纳米纤维，本项目采用非机械法和机械法对几丁质进行预处理，之后应用tempo-naclo-nabr共氧化体系处理几丁质制备单型表面负电荷几丁质纳米纤维（chnf-）。

2. 国内外研究现状分析

1、几丁质

几丁质又叫甲壳素,大量存在于海洋节肢动物(如虾、蟹)的甲壳中，也存在于昆虫、藻类细胞膜和高等植物的细胞壁中,分布极其广泛,在自然界的储量仅次于纤维素^[1]，每年生物合成的几丁质有10亿吨之多。因此，它是一种取之不尽、用之不竭的再生资源。甲壳素的化学名称为(1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-d-葡聚糖,它是通过β-1，4糖苷键相连的线性生物高分子，分子量从几十万到几百万。几丁质脱除乙酰基后的产物是壳聚糖，其化学名称为(1，4)-2-氨基-2-脱氧-β-d-葡聚糖。几丁质和壳聚糖具有与纤维素很相近的化学结构，它们的区别仅是在c2位上的羟基分别被一个乙酰氨基和氨基所代替，其中几丁质的结构如图1所示。从几丁质的晶体结构来分类，主要包括α-几丁质、β-几丁质和γ-几丁质^[2]。大部分几丁质是α型的，分子链通过许多分子间和分子内氢键相互反平行排列，主要存在于螃蟹壳、虾壳中，这一类原料作为食品废弃物来源相当广泛。β-几丁质主要存在于管线虫、鱿鱼等生物体中，分子链以平行的形式排列。而γ结构中则同时包括了平行和反平行链，是两种形式的混合^[3]。相比于β-几丁质，α-几丁质有更强的晶体结构^[4]。

3. 研究的基本内容与计划

课题研究的内容

以商品几丁质为原料制备氧化几丁质，进而辅以轻微的均质、超声机械处理制备几丁质纳米纤维。采用非机械法和机械法对几丁质进行预处理，之后应用tempo-naclo-nabr共氧化体系处理几丁质制备单型表面负电荷几丁质纳米纤维（chnf^-）。

研究计划

4. 研究创新点

预处理方法（机械法和非机械法）能够促进TEMPO-NaClO-NaBr共氧化体系对几丁质的氧化效果，可以减少氧化剂NaClO的用量，并应用氧化几丁质成功制备出单型表面负电荷几丁质纳米纤维（ChNF^-）。通过对比实验结果，可以采用最有效而且相对简单的预处理方法处理几丁质，运用TEMPO氧化法制备纳米纤维，使制备过程绿色环保。