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具有不同表面电荷的甲壳素纳米纤维的可控制备及其

应用研究

摘要

随着纳米材料的发展和人们环保意识的加深，为了应对日益增长的能源危机和

资源消耗问题，来自于渔业废弃资源的一种可再生的天然生物高分子材料：甲壳素，

引起了人们的广泛关注。氧化法是一种常用的化学修饰手段，可以引入静电斥力来

克服甲壳素之间的氢键相互作用，从而得到分散良好的甲壳素纳米材料。然而常用

来制备羧基甲壳素纳米材料的TEMPO氧化法仅能氧化脱乙酰度小于1%的β-甲壳

素，这大大限制了β-甲壳素的研究和应用。本文的研究突破了以往TEMPO氧化法

氧化β-甲壳素的限制，并进一步处理增加了甲壳素上带电官能团的种类，以鱿鱼骨

中的β-甲壳素为原料，实现具有不同表面电荷的的甲壳素纳米纤维的可控制备，并

对其进行应用研究。具体工作如下：

第一部分，使用TEMPO-NaClO-NaClO2氧化体系，以部分脱乙酰化的β-甲壳

素为原料，成功的在β-甲壳素的脱乙酰度为5-30%的范围内制备出了直径2-6纳米，

长度微米级的羧基β-甲壳素纳米纤维。系统考察了体系中β-甲壳素的脱乙酰度、

氧化时间、NaClO2用量对氧化程度的影响。最后对其氧化β-甲壳素的独特现象进

行了机理推测。

第二部分，从本地海鲜市场收集而来的鱿鱼骨在纯化之后，经过脱乙酰化、

TEMPO-NaClO-NaClO2氧化、二次脱乙酰化处理后获得了具有不同表面电荷的双

电性甲壳素纳米纤维。所得到的纳米纤维可在酸性和碱性条件下良好分散，其直径

2-6纳米，长度微米级。此外还研究了不同pH对超声的影响、Zeta电位、热性能

等表征。

第三部分，以上两部分制备出的纳米材料为原料，对其应用进行了研究。通过

真空抽滤的方式辅助成膜，考察了其机械性能和光学透过率，并观察了其微观形貌。

此外，考察了不同纳米纤维对环氧大豆油的乳化能力，发现碱性条件下有氨基存在

的纳米纤维具有良好的乳化效果。

关键词：甲壳素纳米纤维β-甲壳素TEMPO氧化部分脱乙酰化皮克林乳液

I

目录

目录

第一章绪论1

1.1引言1

1.2甲壳素简介1

1.2.1甲壳素在生物体内的结构1

1.2.2甲壳素的基本结构1

1.2.3甲壳素的晶型3

1.3甲壳素纳米材料3

1.3.1甲壳素纳米纤维的制备4

1.4甲壳素纳米材料的应用12

1.4.1生物医学应用12

1.4.2甲壳素高强度膜14

1.4.3水处理16

1.4.4绿色电子应用17

1.5选题的目的及意义18

第二章TEMPO氧化制备高产率羧基β-甲壳素纳米纤维20

2.1引言20

2.2实验部分21

2.2.1实验原料和试剂21

2.2.2实验仪器21

2.2.3羧基化甲壳素纳米纤维的制备21

2.2.4测试表征22

2.3实验结果与讨论24

2.3.1甲壳素脱乙酰程度与碱处理时间的关系25

2.3.2CO-ChNFs的稳定分析26

2.3.3CO-ChNFs的形貌结构27

2.3.4CO-ChNFs的产率28

2.3.5氧化时间对CO-ChNFs的产率和羧基含量的影响。29

2.3.6NaClO2用量对CO-ChNFs的产率和羧基含量的影响30

2.3.7CO-ChNFs的理化结构表征31

2.3.8CO-ChNFs的热稳定性32

IV

目录

2.3.9TNN氧化在β-甲壳素中的作用机理推测3

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