Xylan ·a hemicellulóz fő típusa, amelyet gyakran használnak hemicellulóz modellanyagként. Előnye a széles forrás, az alacsony ár, a megújuló, a biológiailag lebomló, a jó biokompatibilitás és így tovább. Jelenleg a xilan alapú anyagok kutatása elsősorban membránok, hidrogélek és más területek előkészítésére összpontosít, de a xinek heteropoliszacharidok, komplex molekuláris szerkezettel, különböző cukoregységekkel, rövid molekulaláncokkal és többágúsággal. Az előkészített membránok és hidrogélek gyenge mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, és előnyeiket nem hozták teljes mértékben működésbe. A növények három fő összetevőjéhez, a cellulózhoz és a ligninhez képest a xilan molekulák előnye a könnyű oldódás, a nagy hozzáférhetőség és a magas hidrotermális szénhozam.
Ez a tanulmány teljes mértékben kihasználja a xilán ezen előnyeit. Egyrészt molekuláris szinten keverednek a xilan és szervetlen nanoanyagok, és számos új xilan / szervetlen nano kompozitot fejlesztenek ki; Másrészt a hidrotermikus karbonizáció révén a xilanszén-gömböket és a grafén kvantumpontokat hatékonyan előkészítették és alkalmazták a retenciós és vízelvezető segédanyagokra, a Raman-fejlesztésre, a szuperkapacitorokra és az iondetektálásra, ami kiszélesítette a xilan alkalmazási területeit, és megvalósította a xilan nagy értékű hasznosítását.
A kutatás fő tartalmai a következők:
1. Xilan passzivált grafén kvantumpontok előkészítése és a fe3+ szelektív nyomdetektálása:
A grafén kvantumpontokat (gqds) ultrahanggal állítottuk elő, nyersanyagként grafittal, oldószerként N-metil-pirrolidonnal és segédreagensként nátrium-hidroxiddal. A gqd-k oxigénfunkciós csoportokat tartalmaznak, és kevesebb felületi hibával rendelkeznek, amelyek közelebb vannak az eredeti grafén szerkezetéhez, de a gqd-k vízben kevéssé oldódnak, és könnyen agglomerálhatók fehér csapadékká.
Ebben a tanulmányban a xilant használták a felszín passziválására, hogy xilan passzivált grafén kvantumpontokat kapjunk( GQDs@xylan )。 A passziválás előttihez képest GQDs@xylan A víz stabilitása javul, a kvantumhozam is 19,12%-ról 36,63%-ra nő, a fluoreszcencia élettartama pedig 7,47 ns-re emelkedik. GQDs@xylan A pH kevésbé befolyásolja a fluoreszcencia intenzitását, és alapvetően változatlanul tartható a ph=6 ~ 10 tartományban. Fluoreszcens szondaként a fe3+ szelektív detektálása az oldatban a belső szűrőhatás alapján valósul meg, és a lineáris kimutatási tartomány 0 ~ 75 μ M. Az észlelési határ 92,8 nm.
Ez a tanulmány teljes mértékben kihasználja azokat a jellemzőket, amelyek szerint a többágú xilánok könnyen sűrű polimer héjakat képezhetnek. Első alkalommal használnak xinokat a grafén kvantumpontok felületi passzivációs módosítására, xilan / grafén kvantumpont kompozitokat készítünk, és hatékony fluoreszcens szondát kapunk a fe3+ szelektív nyomdetektálására.
2. Arany ezüst bimetál nanorészecskék előkészítése a xilan zöld redukciójával és Raman-javító hatásával:
A xilant redukálószerként és stabilizátorként, a kloroaursavat arany prekurzorként és a torun reagenst ezüst prekurzorként használva a különböző héjvastagságú maghéjszerkezeteket zöld Au@Ag és Au Ag üreges ötvözetben készítettük. A xilan hozzáadása megakadályozza a mérgező kémiai reagensek használatát és egyszerűsíti a szintézis folyamatát. A nanorészecskék felületére csomagolt xilan nemcsak stabilizálja a nanorészecskéket és egyenletesen diszpergálja őket vizes oldatban, hanem javítja a H2O2 oxidációval és korrózióval szembeni ellenálló képességét is, forró pontokat képez az összekapcsolt nanorészecskék között, és javítja a nanorészecskék felületi Raman-javító teljesítményét. Az egyenletesebb alakú maghéjat a xilan Au@Ag nanorészecskék mennyiségének optimalizálásával készítették elő, miközben elkerülték a nano-ezüst klaszterek generálását. Az Au Ag ötvözethez, a tiszta Au-hoz és a tiszta Ag nanorészecskékhöz képest a xilan bevonattal bevont Au@Ag A 4-merkaptobenzoesav Raman jelének erősebb fokozása hatása van, és a kimutatási határ eléri az 1 nm-t. Ezenkívül a nanorészecskék Au@Ag csomagolt xilan kimutathatja a Szudán I-et, egy élelmiszer-szennyező anyagot, amelynek kimutatási határértéke akár 0,126 ppm is lehet.
A xilan molekuláris lánc reduktív végcsoportjainak és makromolekuláris láncszerkezetének felhasználásával ez a tanulmány feltárta az arany ezüst bimetál nanorészecskék xilannal, mint zöld reduktorral és stabilizátorral történő előállításának módszerét, és egyszerű, zöld és ultraérzékeny felületdetektálási technológiát biztosított az élelmiszer - / környezeti biztonsági értékeléshez.
3. Tanulmány a xilan-g-kitozán kvaterner ammóniumsó / montmorillonit retenciós és vízelvezető segédanyag szintéziséről és teljesítményéről:
A xilan, a kitozán kvaterner ammóniumsó és a montmorillonit retenciós és vízelvezető tulajdonságainak kombinálása érdekében a hámozott xilan-g-kitozán kvaterner ammóniumsót / montmorillonit (xilan-g-qcs) nanokompozitokat kattintásos kémiai reakcióval és interkalációs reakcióval állítottuk elő új retenciós és vízelvezető segédanyagként.
Először is, a kitozán kvaterner ammóniumsót (QCS) behelyezzük a montmorillonit rétegterébe, hogy kibővítsük a montmorillonit rétegtávolságát, majd a xilan és a QCS molekuláris láncát a montmorillonit rétegterébe kémiai reakcióval összekapcsoljuk. Ebben a folyamatban a montmorillonit rétegtávolsága tovább növekszik a lecsupaszításig.
A három nyersanyaghoz képest a xilan-g-qcs nanokompozitok retenciós és vízelvezetési teljesítménye jelentősen javult. A kalcium-karbonát maximális flokkulációs hatékonysága 37, 41%. Ha az összeadási mennyiség 0,01 mg/g, akkor a verési fok a legalacsonyabb.
Ezenkívül a negatív töltésű xin és a kitozán pozitív töltésű kvaterner ammóniumsójának összekapcsolásával elkerülhető a QCS által egy zárt rendszerben okozott töltésfelhalmozódás. Ebben a vizsgálatban a xint kattintási kémiával oltották be és módosították. Xint polianion elektrolitként használva sok ága van, és könnyen hidratálható és duzzadható. Ugyanakkor a kitozán és a montmorillonit előnyeivel kombinálva fokozták a xilan retenciós és vízelvezető tulajdonságait, és új papírgyártó adalékot fejlesztettek ki.
4. Xilan-széngolyó / grafén szuperkontrabátor előkészítése és teljesítményvizsgálata:
Miután a xint nátrium-hidroxid / karbamid rendszerben feloldottuk, nitrogén adalékolt xilan-széngömböket (XCS) állítottunk elő hidrotermikus karbonizálással, majd aktivált xilanszén-gömböket (axcs) kaptunk KOH magas hőmérsékletű aktiválással. Ezután egyszerre adtunk axc-et és aszkorbinsavat a grafén-oxid oldathoz, és aktivált xilanszén-gömböket / grafén-oxid fóliát (axcs/go) kaptunk szívószűréssel, majd ismét aszkorbinsavat adtunk hozzá a go csökkentése érdekében. A kompozit membrán redukciójának folyamatában a külső rétegben lévő go hidrofób lesz, miután RGO-ra redukálódott, megakadályozva, hogy a redukálószer behatoljon a membrán belsejébe. Jelenleg a membránban lévő aszkorbinsav csökkentheti a go in situ-t, és a széngolyó, mint a grafén lamella csatlakozója, növeli a grafénrétegek közötti töltésátviteli sebességet, így javul az axcs/rgo kompozit membrán specifikus kapacitása. A kettős elektródarendszerben az áramsűrűség 1A? Ha g-1, fajlagos kapacitása 755mf /cm2, a teljesítménysűrűség 22,5 ~ 2250mw/cm2, az energiasűrűség pedig 11,88 ~ 25,2 mwh/cm2. 10000 ciklus után a kapacitásmegtartási arány 108,7%.
Ebben a tanulmányban a xilan-szén gömböket a xilan-hidrotermális szén magas hozamának kihasználásával állítottuk elő, és a szuperkonditorok elektródaanyagait grafénnel való komplementálással állítottuk elő, ami kiszélesítette a xilan alkalmazási területét.
5. Tanulmány a Cr (VI.) vízben történő kimutatásáról xilan önáteresztő egyrétegű grafén kvantumpontokkal mikrofluidikai kontrollal kombinálva:
Az egyrétegű grafén kvantumpontokat (sgqds) általában aromás molekulákból vagy más szén prekurzorokból állítják elő alulról felfelé irányuló módszerekkel.
Ebben a tanulmányban a nitrogén önadagolt grafén kvantumpontokat (n-sgqds) először hidrotermikus körülmények között állítottuk elő naoh/ karbamid és xilan segítségével, benzolgyűrű nélkül, mint prekurzorral. Ebben a folyamatban a xilan teljesen feloldódik, és naoh / karbamid komplexet képez. Hidrotermális reakcióban karbonizálva a karbamid bomlik és ammóniát és szén-dioxidot szabadít fel, ami elősegíti az egyrétegű grafén kvantumpontok képződését, és akadályozza azok kölcsönhatását és agglomerációját. Az elkészített grafén kvantumpontokat 1,38% nitrogénnel adagoljuk, a kvantumhozam 23,8%, a fluoreszcencia élettartama 5,76ns, a felületet pedig hiányos karbonizált xilannal, ami megakadályozza a kvantumpontok agglomerációját. A xilan önáteresztő egyrétegű grafén kvantumpontok jó szelektivitással és érzékenységgel rendelkeznek, ha fluoreszcens szondaként használják Cr (VI.) vízben való kimutatására. A passzivációs réteg elkerüli a vízben lévő egyéb ionok interferenciáját, és csak erős oxidálószerek, például Cr (VI) károsíthatja. A Cr (VI.) lineáris detektálási tartománya 5 ~ 150 μ M. Az észlelési határ csak 4,1 μ M。 A kvantumpontok hidrogélekbe történő beágyazásával és mikrofluidikai chipekbe történő integrálásával a Cr (VI) vizuális detektálása valósul meg.
Ebben a vizsgálatban a xilózt hidrotermikusan alakították át nitrogén adalékolt egyrétegű grafén kvantumpontokká. A naoh/ karbamid segítségével új módszert biztosítottak az egyrétegű grafén kvantumpontok nem aromás molekulákkal történő előállítására, és egyszerű és egyszerű vizualizációs módszert biztosítottak a vízkörnyezet monitorozására.