Ξυλάνηείναι ο κύριος τύπος ημικυτταρίνης, ο οποίος χρησιμοποιείται συχνά ως πρότυπο υλικό ημικυτταρίνης. Έχει τα πλεονεκτήματα της ευρείας πηγής, της χαμηλής τιμής, των ανανεώσιμων, βιοαποδομήσιμων, της καλής βιοσυμβατότητας και ούτω καθεξής. Προς το παρόν, η έρευνα υλικών με βάση την ξυλάνη επικεντρώνεται κυρίως στην παρασκευή μεμβρανών, υδροπηκτωμάτων και άλλων πεδίων, αλλά οι ξυλάνες είναι ετεροπολυσακχαρίτες, με πολύπλοκη μοριακή δομή, ποικίλες μονάδες σακχάρου, μικρές μοριακές αλυσίδες και πολλαπλές διακλαδώσεις. Οι παρασκευασμένες μεμβράνες και οι υδρογέλες έχουν κακές μηχανικές ιδιότητες και τα πλεονεκτήματά τους δεν έχουν τεθεί σε πλήρη εφαρμογή. Σε σύγκριση με την κυτταρίνη και τη λιγνίνη, τα τρία κύρια συστατικά των φυτών, τα μόρια ξυλάνης έχουν τα πλεονεκτήματα της εύκολης διάλυσης, της υψηλής προσβασιμότητας και της υψηλής υδροθερμικής απόδοσης άνθρακα.
Αυτό το έγγραφο αξιοποιεί πλήρως αυτά τα πλεονεκτήματα της ξυλάνης. Από τη μία πλευρά, η ξυλάνη και τα ανόργανα νανο υλικά συνδυάζονται σε μοριακό επίπεδο και αναπτύσσεται μια ποικιλία νέων ξυλάνης / ανόργανων νανοσύνθετων υλικών. Από την άλλη πλευρά, μέσω της υδροθερμικής ενανθράκωσης, οι σφαίρες άνθρακα ξυλάνης και οι κβαντικές κουκκίδες γραφενίου προετοιμάστηκαν αποτελεσματικά και εφαρμόστηκαν σε βοηθήματα συγκράτησης και αποστράγγισης, ενίσχυση Raman, υπερπυκνωτές και ανίχνευση ιόντων αντίστοιχα, τα οποία διεύρυναν τα πεδία εφαρμογής της ξυλάνης και συνειδητοποίησαν την υψηλή αξία χρήση ξυλάνης.
Τα κύρια ερευνητικά περιεχόμενα είναι τα ακόλουθα:
1. Παρασκευή παθητικοποιημένων κβαντικών κουκκίδων γραφενίου με ξυλάνη και ανίχνευση επιλεκτικού ίχνους του fe3 plus:
Οι κβαντικές κουκκίδες γραφενίου (gqds) παρασκευάστηκαν με υπερήχους με πρώτη ύλη γραφίτη, Ν-μεθυλοπυρρολιδόνη ως διαλύτη και υδροξείδιο του νατρίου ως βοηθητικό αντιδραστήριο. Τα gqds περιέχουν λειτουργικές ομάδες οξυγόνου και έχουν λιγότερα επιφανειακά ελαττώματα, τα οποία είναι πιο κοντά στη δομή του αρχικού γραφενίου, αλλά τα gqds έχουν χαμηλή διαλυτότητα στο νερό και είναι εύκολο να συσσωματωθούν σε λευκά ιζήματα.
Σε αυτή τη μελέτη, η ξυλάνη χρησιμοποιήθηκε για την παθητικοποίηση της επιφάνειάς της για να ληφθούν κβαντικές κουκκίδες γραφενίου παθητικοποιημένες με ξυλάνη (GQDs@xylan). Σε σύγκριση με πριν από την παθητικοποίηση, GQDs@xylan Η σταθερότητα στο νερό βελτιώνεται, η κβαντική απόδοση αυξάνεται επίσης από 19,12 τοις εκατό σε 36,63 τοις εκατό και η διάρκεια ζωής του φθορισμού αυξάνεται στα 7,47 ns. GQDs@xylan Η ένταση φθορισμού του επηρεάζεται λιγότερο από το pH και μπορεί να διατηρηθεί βασικά αμετάβλητη στην περιοχή ph=6 ~ 10. Ως ανιχνευτής φθορισμού, η επιλεκτική ανίχνευση του fe3 plus στο διάλυμα πραγματοποιείται με βάση το φαινόμενο εσωτερικού φιλτραρίσματος και το γραμμικό εύρος ανίχνευσης είναι 0 ~ 75 μ M. Το όριο ανίχνευσης είναι 92,8 nm.
Αυτή η μελέτη αξιοποιεί πλήρως τα χαρακτηριστικά ότι οι πολυδιακλαδισμένες ξυλάνες είναι εύκολο να σχηματίσουν πυκνά πολυμερή κελύφη. Για πρώτη φορά, ξυλάνες χρησιμοποιούνται για την τροποποίηση επιφανειακής παθητικοποίησης κβαντικών κουκκίδων γραφενίου, παρασκευάζονται σύνθετα υλικά ξυλάνης/γραφενίου κβαντικής κουκκίδας και λαμβάνεται ένας αποτελεσματικός ανιχνευτής φθορισμού για επιλεκτική ανίχνευση ιχνών του fe3 plus.
2. Παρασκευή διμεταλλικών νανοσωματιδίων χρυσού αργύρου με πράσινη αναγωγή της ξυλάνης και το αποτέλεσμα ενίσχυσης Raman:
Χρησιμοποιώντας ξυλάνη ως αναγωγικό και σταθεροποιητή, χλωροαυρικό οξύ ως πρόδρομο χρυσού και αντιδραστήριο torun ως πρόδρομο αργύρου, παρασκευάστηκαν δομές πυρήνα-κελύφους με διαφορετικό πάχος κελύφους σε πράσινο κοίλο κράμα Au@Ag And Au Ag. Η προσθήκη ξυλάνης αποφεύγει τη χρήση τοξικών χημικών αντιδραστηρίων και απλοποιεί τη διαδικασία σύνθεσης. Η ξυλάνη που τυλίγεται στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων όχι μόνο σταθεροποιεί τα νανοσωματίδια και τα κάνει ομοιόμορφα διασκορπισμένα σε υδατικό διάλυμα, αλλά βελτιώνει επίσης την ικανότητά του να αντιστέκεται στην οξείδωση και τη διάβρωση του H2O2, σχηματίζει θερμά σημεία μεταξύ διασυνδεδεμένων νανοσωματιδίων και ενισχύει την απόδοση ενίσχυσης Raman της επιφάνειας των νανοσωματιδίων. Το κέλυφος πυρήνα με πιο ομοιόμορφο σχήμα παρασκευάστηκε βελτιστοποιώντας την ποσότητα των νανοσωματιδίων ξυλάνης Au@Ag, αποφεύγοντας παράλληλα τη δημιουργία συστάδων νανοαργύρου. Σε σύγκριση με το κράμα Au Ag, τα καθαρά νανοσωματίδια Au και το καθαρό Ag, το επικαλυμμένο με ξυλάνη Au@Ag Το σήμα Raman του 4-μερκαπτοβενζοϊκού οξέος έχει ισχυρότερη επίδραση ενίσχυσης και το όριο ανίχνευσης φτάνει το 1 nm. Επιπλέον, τα νανοσωματίδια Au@Ag τυλιγμένα με ξυλάνη μπορούν να ανιχνεύσουν το Sudan I, έναν ρύπο τροφίμων, με όριο ανίχνευσης τόσο χαμηλό όσο 0,126 ppm.
Χρησιμοποιώντας τις αναγωγικές ακραίες ομάδες και τη δομή μακρομοριακής αλυσίδας της μοριακής αλυσίδας ξυλάνης, αυτή η μελέτη διερεύνησε τη μέθοδο παρασκευής διμεταλλικών νανοσωματιδίων χρυσού αργύρου με ξυλάνη ως πράσινο αναγωγικό και σταθεροποιητή και παρείχε μια απλή, πράσινη και εξαιρετικά ευαίσθητη τεχνολογία ανίχνευσης επιφανειών για τρόφιμα / περιβάλλον αξιολόγηση ασφάλειας.
3. Μελέτη για τη σύνθεση και την απόδοση του άλατος τεταρτοταγούς αμμωνίου ξυλάνης-g-χιτοζάνης / κατακράτησης και βοηθήματος αποστράγγισης μοντμοριλλονίτη:
Προκειμένου να συνδυαστούν οι ιδιότητες συγκράτησης και αποστράγγισης της ξυλάνης, του άλατος τεταρτοταγούς αμμωνίου χιτοζάνης και του μοντμοριλλονίτη, τα ξεφλουδισμένα νανοσύνθετα άλατος τεταρτοταγούς αμμωνίου ξυλάνη-g-χιτοζάνης/μοντμοριλλονίτη (ξυλάνη-g-qcs) παρασκευάστηκαν με χημική αντίδραση κλικ και αντίδραση παρεμβολής νέο βοήθημα συγκράτησης και αποστράγγισης.
Πρώτον, το άλας τεταρτοταγούς αμμωνίου χιτοζάνης (QCS) εισάγεται στον χώρο στιβάδων του μοντμοριλλονίτη για να επεκτείνει την απόσταση των στρωμάτων του μοντμοριλλονίτη και στη συνέχεια η μοριακή αλυσίδα της ξυλάνης και του QCS συνδέεται στο χώρο στοιβάδας του μοντμοριλλονίτη κάνοντας κλικ στη χημική αντίδραση. Σε αυτή τη διαδικασία, η απόσταση των στρωμάτων του μοντμοριλλονίτη αυξάνεται περαιτέρω μέχρι την απογύμνωση.
Σε σύγκριση με τις τρεις πρώτες ύλες, η απόδοση συγκράτησης και αποστράγγισης των νανοσύνθετων υλικών xylan-g-qcs έχει βελτιωθεί σημαντικά. Η μέγιστη απόδοση κροκίδωσης του ανθρακικού ασβεστίου είναι 37,41 τοις εκατό. Όταν η ποσότητα προσθήκης είναι 0,01 mg/g, ο βαθμός κτυπήματος είναι ο χαμηλότερος.
Επιπλέον, συνδέοντας την αρνητικά φορτισμένη ξυλάνη με το θετικά φορτισμένο άλας τεταρτοταγούς αμμωνίου της χιτοζάνης, αποφεύγεται η συσσώρευση φορτίου που προκαλείται από το QCS σε ένα κλειστό σύστημα. Σε αυτή τη μελέτη, η ξυλάνη εμβολιάστηκε και τροποποιήθηκε με χημεία κλικ. Χρησιμοποιώντας ξυλάνη ως ηλεκτρολύτη πολυανιόντος, έχει πολλούς κλάδους και είναι εύκολο να ενυδατωθεί και να διογκωθεί. Ταυτόχρονα, σε συνδυασμό με τα πλεονεκτήματα της χιτοζάνης και του μοντμοριλλονίτη, ενισχύθηκαν οι ιδιότητες συγκράτησης και αποστράγγισης της ξυλάνης και αναπτύχθηκε ένα νέο πρόσθετο χαρτοποιίας.
4. Προετοιμασία και μελέτη απόδοσης μπάλας άνθρακα ξυλάνης / υπερπυκνωτή γραφενίου:
Αφού η ξυλάνη διαλύθηκε σε σύστημα υδροξειδίου του νατρίου/ουρίας, παρασκευάστηκαν σφαίρες άνθρακα ξυλάνης με πρόσμιξη αζώτου (XCS) με υδροθερμική ενανθράκωση και στη συνέχεια ελήφθησαν σφαίρες ενεργού άνθρακα ξυλάνης (axcs) με ενεργοποίηση ΚΟΗ σε υψηλή θερμοκρασία. Στη συνέχεια, axcs και ασκορβικό οξύ προστέθηκαν ταυτόχρονα στο διάλυμα οξειδίου του γραφενίου και ελήφθησαν σφαίρες ενεργού άνθρακα ξυλάνης / φιλμ οξειδίου του γραφενίου (axcs/go) με διήθηση με αναρρόφηση και στη συνέχεια προστέθηκε ασκορβικό οξύ ξανά για μείωση της ροής. Στη διαδικασία αναγωγής της σύνθετης μεμβράνης, η είσοδος στο εξωτερικό στρώμα θα γίνει υδρόφοβο αφού ανάγεται σε RGO, εμποδίζοντας το αναγωγικό να διεισδύσει στο εσωτερικό της μεμβράνης. Αυτή τη στιγμή, το ασκορβικό οξύ στη μεμβράνη μπορεί να μειώσει τη μετάβαση in situ και η σφαίρα άνθρακα ως συνδετήρας του ελάσματος γραφενίου αυξάνει τον ρυθμό μεταφοράς φορτίου μεταξύ των στρωμάτων γραφενίου, επομένως βελτιώνεται η ειδική χωρητικότητα της σύνθετης μεμβράνης axcs/rgo. Στο σύστημα διπλών ηλεκτροδίων, η πυκνότητα ρεύματος είναι 1Α; Όταν g-1, έχει ειδική χωρητικότητα 755 mf/cm2, η πυκνότητα ισχύος είναι 22,5 ~ 2250 mw/cm2 και η ενεργειακή πυκνότητα είναι 11,88 ~ 25,2 mwh/cm2. Μετά από 10000 κύκλους, ο ρυθμός διατήρησης της χωρητικότητας είναι 108,7 τοις εκατό.
Σε αυτή τη μελέτη, οι σφαίρες άνθρακα ξυλάνης παρασκευάστηκαν αξιοποιώντας την υψηλή απόδοση του υδροθερμικού άνθρακα ξυλάνης και τα υλικά ηλεκτροδίων των υπερπυκνωτών παρασκευάστηκαν με σύνθεση με γραφένιο, που διεύρυνε το πεδίο εφαρμογής της ξυλάνης.
5. Μελέτη για την ανίχνευση Cr (Ⅵ) στο νερό από κβαντικές κουκκίδες γραφενίου μονοστοιβάδας αυτοπαθητοποίησης ξυλάνης σε συνδυασμό με μικρορευστικό έλεγχο:
Οι κβαντικές κουκκίδες γραφενίου μονής στιβάδας (sgqds) συνήθως παρασκευάζονται από αρωματικά μόρια ή άλλους πρόδρομους άνθρακα με μεθόδους από κάτω προς τα πάνω.
Σε αυτή τη μελέτη, οι κβαντικές κουκκίδες γραφενίου που έχουν εμποτιστεί με άζωτο (n-sgqds) παρασκευάστηκαν υπό υδροθερμικές συνθήκες για πρώτη φορά με τη βοήθεια ναο/ουρίας και ξυλάνης χωρίς δακτύλιο βενζολίου ως πρόδρομο. Σε αυτή τη διαδικασία, η ξυλάνη διαλύεται πλήρως και σχηματίζει ένα σύμπλοκο με ναο/ουρία. Όταν ενανθρακώνεται σε υδροθερμική αντίδραση, η ουρία αποσυντίθεται και απελευθερώνει αμμωνία και διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο προάγει τον σχηματισμό κβαντικών κουκκίδων γραφενίου μονοστοιβάδας και εμποδίζει την αλληλεπίδραση και τη συσσωμάτωση τους. Οι προετοιμασμένες κβαντικές κουκκίδες γραφενίου είναι ντοπαρισμένες με 1,38 τοις εκατό άζωτο, η κβαντική απόδοση είναι 23,8 τοις εκατό, η διάρκεια ζωής του φθορισμού είναι 5,76 ns και η επιφάνεια αυτοπαθητοποιείται από ατελώς ενανθρακωμένη ξυλάνη, η οποία αποφεύγει τη συσσωμάτωση κβαντικών κουκκίδων. Οι κβαντικές κουκκίδες γραφενίου που παθητικοποιούνται μόνο με ξυλάνη έχουν καλή εκλεκτικότητα και ευαισθησία όταν χρησιμοποιούνται ως φθορίζον ανιχνευτής για την ανίχνευση Cr (Ⅵ) στο νερό. Το στρώμα παθητικοποίησης αποφεύγει την παρεμβολή άλλων ιόντων στο νερό και μπορεί να καταστραφεί μόνο από ισχυρά οξειδωτικά όπως το Cr (VI). Το εύρος γραμμικής ανίχνευσης του Cr (Ⅵ) είναι 5 ~ 150 μ M. Το όριο ανίχνευσης είναι μόνο 4,1 μ M. Με την ενσωμάτωση κβαντικών κουκκίδων σε υδρογέλες και την ενσωμάτωσή τους σε μικρορευστικά τσιπ, επιτυγχάνεται η οπτική ανίχνευση του Cr (VI).
Σε αυτή τη μελέτη, η ξυλόζη μετατράπηκε υδροθερμικά σε κβαντικές κουκκίδες γραφενίου μονής στρώσης με πρόσμιξη αζώτου. Με τη βοήθεια του naoh/ουρίας, προσφέρθηκε ένας νέος τρόπος παρασκευής κβαντικών κουκκίδων γραφενίου μονής στρώσης με μη αρωματικά μόρια και παρέχεται μια απλή και εύκολη μέθοδος οπτικοποίησης για την παρακολούθηση του υδάτινου περιβάλλοντος.