Xylanje hlavním typem hemicelulózy, která se často používá jako modelový materiál hemicelulózy. Má výhody širokého zdroje, nízké ceny, obnovitelných zdrojů, biologicky odbouratelné, dobré biokompatibility a tak dále. V současné době se výzkum materiálů na bázi xylanu zaměřuje především na přípravu membrán, hydrogelů a dalších oborů, ale xylany jsou heteropolysacharidy se složitou molekulární strukturou, různými cukernými jednotkami, krátkými molekulárními řetězci a mnoha větvemi. Připravené membrány a hydrogely mají špatné mechanické vlastnosti a jejich výhody nebyly plně využity. Ve srovnání s celulózou a ligninem, třemi hlavními složkami rostlin, mají molekuly xylanu výhody snadného rozpouštění, vysoké dostupnosti a vysokého hydrotermálního výtěžku uhlíku.
Tento papír plně využívá těchto výhod xylanu. Na jedné straně se xylan a anorganické nano materiály slučují na molekulární úrovni a vyvíjí se řada nových xylanových/anorganických nanokompozitů; Na druhou stranu, pomocí hydrotermální karbonizace byly xylanové uhlíkové koule a grafenové kvantové tečky účinně připraveny a aplikovány na retenční a drenážní pomůcky, Ramanovo vylepšení, superkondenzátory a detekci iontů, což rozšířilo aplikační pole xylanu a realizovalo vysokou hodnotu. využití xylanu.
Hlavní obsah výzkumu je následující:
1. Příprava xylanem pasivovaných grafenových kvantových teček a jejich selektivní stopová detekce fe3 plus :
Grafenové kvantové tečky (gqds) byly připraveny ultrazvukem s grafitem jako surovinou, N-methylpyrrolidonem jako rozpouštědlem a hydroxidem sodným jako pomocným činidlem. Gqds obsahují kyslíkové funkční skupiny a mají méně povrchových defektů, které se blíží struktuře původního grafenu, ale gqds mají nízkou rozpustnost ve vodě a snadno se aglomerují do bílých sraženin.
V této studii byl xylan použit k pasivaci jeho povrchu k získání xylanem pasivovaných grafenových kvantových teček (GQDs@xylan). Ve srovnání s před pasivací, GQDs@xylan Stabilita ve vodě se zlepšila, kvantový výtěžek se také zvýšil z 19,12 procent na 36,63 procent a životnost fluorescence se zvýšila na 7,47 ns. GQDs@xylan Intenzita fluorescence je méně ovlivněna pH a může být udržována v podstatě nezměněna v rozsahu ph=6 ~ 10. Jako fluorescenční sonda je selektivní detekce Fe3 plus v roztoku realizována na základě vnitřního filtračního efektu a lineární rozsah detekce je 0 ~ 75 μM. Detekční limit je 92,8 nm.
Tato studie plně využívá vlastnosti, že mnohovětvené xylany snadno tvoří husté polymerní obaly. Poprvé jsou xylany použity pro povrchovou pasivační modifikaci grafenových kvantových teček, jsou připraveny kompozity xylan / grafenové kvantové tečky a je získána účinná fluorescenční sonda pro selektivní stopovou detekci fe3 plus.
2. Příprava bimetalických nanočástic zlata a stříbra zelenou redukcí xylanu a jeho Ramanův vylepšený efekt:
S použitím xylanu jako redukčního činidla a stabilizátoru, kyseliny chlorozlaté jako prekurzoru zlata a torunového činidla jako prekurzoru stříbra byly připraveny struktury jádro-plášť s různou tloušťkou slupky v duté slitině Au@Ag a Au Ag. Přídavek xylanu zabraňuje použití toxických chemických činidel a zjednodušuje proces syntézy. Xylan obalený na povrchu nanočástic nejen stabilizuje nanočástice a činí je rovnoměrně dispergovanými ve vodném roztoku, ale také zlepšuje jejich schopnost odolávat oxidaci a korozi H2O2, vytváří horká místa mezi propojenými nanočásticemi a zvyšuje Ramanovu výkonnost nanočástic pro zlepšení povrchu. Jádro-plášť s rovnoměrnějším tvarem byl připraven optimalizací množství xylanových nanočástic Au@Ag, přičemž se zamezilo vytváření nano shluků stříbra. Ve srovnání se slitinou Au Ag, nanočásticemi čistého Au a čistého Ag, Au@Ag potažený xylanem Ramanův signál kyseliny 4-merkaptobenzoové má silnější zesílení a detekční limit dosahuje 1 nm. Kromě toho mohou nanočástice Au@Ag obalené xylanem detekovat Sudan I, látku znečišťující potraviny, s detekčním limitem až 0,126 ppm.
Pomocí reduktivních koncových skupin a struktury makromolekulárního řetězce xylanového molekulárního řetězce tato studie prozkoumala metodu přípravy bimetalických nanočástic zlata a stříbra s xylanem jako zeleným redukčním činidlem a stabilizátorem a poskytla jednoduchou, zelenou a ultracitlivou technologii povrchové detekce pro potraviny / životní prostředí. posouzení bezpečnosti.
3. Studie o syntéze a účinnosti kvartérní amoniové soli xylan-g-chitosanu / montmorillonitu napomáhající retenci a odvodnění:
Aby se spojily retenční a drenážní vlastnosti xylanu, kvartérní amoniové soli chitosanu a montmorillonitu, byly připraveny loupané nanokompozity kvartérní amoniová sůl xylan-g-chitosanu / montmorillonit (xylan-g-qcs) klikací chemickou reakcí a interkalační reakcí jako nová retenční a drenážní pomůcka.
Nejprve se do prostoru vrstev montmorillonitu vloží kvartérní amoniová sůl chitosanu (QCS), aby se zvětšila vzdálenost vrstev montmorillonitu, a poté se molekulární řetězec xylanu a QCS propojí v prostoru vrstev montmorillonitu kliknutím na chemickou reakci. V tomto procesu se vzdálenost vrstev montmorillonitu dále zvětšuje až do stripování.
Ve srovnání se třemi surovinami se výrazně zlepšila schopnost retence a odvodnění xylan-g-qcs nanokompozitů. Maximální flokulační účinnost uhličitanu vápenatého je 37,41 procenta. Když je přidané množství 0,01 mg/g, stupeň šlehání je nejnižší.
Navíc spojením záporně nabitého xylanu s kladně nabitou kvartérní amoniovou solí chitosanu se zabrání akumulaci náboje způsobené QCS v uzavřeném systému. V této studii byl xylan naroubován a modifikován klikací chemií. Používá xylan jako polyaniontový elektrolyt, má mnoho větví a snadno se hydratuje a bobtná. Současně se v kombinaci s výhodami chitosanu a montmorillonitu zlepšily retenční a drenážní vlastnosti xylanu a byla vyvinuta nová papírenská přísada.
4. Příprava a studie výkonu xylanové uhlíkové kuličky / grafenového superkondenzátoru:
Poté, co byl xylan rozpuštěn v systému hydroxid sodný/močovina, byly hydrotermální karbonizací připraveny dusíkem dopované xylanové uhlíkové kuličky (XCS) a poté byly aktivované xylanové uhlíkové kuličky (axcs) získány aktivací KOH při vysoké teplotě. Poté byly k roztoku oxidu grafenu současně přidány axcs a kyselina askorbová a pomocí sací filtrace byly získány kuličky aktivovaného xylanového uhlíku / film oxidu grafenu (axcs/go) a poté byla znovu přidána kyselina askorbová pro snížení go. V procesu redukce kompozitní membrány se přechod ve vnější vrstvě po redukci na RGO stane hydrofobní, čímž se zabrání pronikání redukčního činidla do vnitřku membrány. V tomto okamžiku může kyselina askorbová v membráně snížit go in situ a uhlíková koule jako konektor grafenové lamely zvyšuje rychlost přenosu náboje mezi vrstvami grafenu, takže se zlepšuje specifická kapacita kompozitní membrány axcs/rgo. V systému dvou elektrod je hustota proudu 1A? Když g-1, má specifickou kapacitu 755 mf/cm2, hustota výkonu je 22,5 ~ 2250 mw/cm2 a hustota energie je 11,88 ~ 25,2 mwh/cm2. Po 10 000 cyklech je míra zachování kapacity 108,7 procenta.
V této studii byly xylanové uhlíkové kuličky připraveny s využitím vysokého výtěžku xylanového hydrotermálního uhlíku a elektrodové materiály superkondenzátorů byly připraveny smícháním s grafenem, což rozšířilo aplikační pole xylanu.
5. Studie detekce Cr (Ⅵ) ve vodě pomocí xylanové samopasivační monovrstvy grafenových kvantových teček v kombinaci s mikrofluidní kontrolou:
Jednovrstvé kvantové tečky grafenu (sgqds) se obvykle připravují z aromatických molekul nebo jiných uhlíkových prekurzorů metodami zdola nahoru.
V této studii byly poprvé za hydrotermálních podmínek připraveny kvantové tečky grafenu dopované dusíkem (n-sgqds) s pomocí naoh/močoviny a xylanu bez benzenového kruhu jako prekurzoru. V tomto procesu se xylan zcela rozpustí a vytvoří komplex s naoh/močovinou. Při karbonizaci v hydrotermální reakci se močovina rozkládá a uvolňuje amoniak a oxid uhličitý, což podporuje tvorbu kvantových teček jednovrstvého grafenu a brání jejich interakci a aglomeraci. Připravené grafenové kvantové tečky jsou dopovány 1,38 procenta dusíku, kvantový výtěžek je 23,8 procenta, životnost fluorescence je 5,76 ns a povrch je samopasivován neúplným karbonizovaným xylanem, což zabraňuje aglomeraci kvantových teček. Xylanové samopasivované monovrstvy grafenových kvantových teček mají dobrou selektivitu a citlivost při použití jako fluorescenční sonda k detekci Cr (Ⅵ) ve vodě. Pasivační vrstva zabraňuje interferenci jiných iontů ve vodě a může být poškozena pouze silnými oxidanty, jako je Cr (VI). Lineární detekční rozsah Cr (Ⅵ) je 5 ~ 150 μ M. Detekční limit je pouze 4,1 μ M. Zabudováním kvantových teček do hydrogelů a jejich integrací do mikrofluidních čipů je realizována vizuální detekce Cr (VI).
V této studii byla xylóza hydrotermálně přeměněna na dusíkem dopované jednovrstvé kvantové tečky grafenu. S pomocí naoh/urea byl poskytnut nový způsob přípravy jednovrstvých grafenových kvantových teček s nearomatickými molekulami a byla poskytnuta jednoduchá a snadná vizualizační metoda pro monitorování vodního prostředí.