Xilanadalah jenis utama hemiselulosa, yang sering digunakan sebagai bahan model hemiselulosa. Ini memiliki keuntungan dari sumber yang luas, harga rendah, terbarukan, biodegradable, biokompatibilitas yang baik dan sebagainya. Saat ini, penelitian bahan berbasis xilan terutama berfokus pada pembuatan membran, hidrogel dan bidang lainnya, tetapi xilan adalah heteropolisakarida, dengan struktur molekul yang kompleks, unit gula yang beragam, rantai molekul pendek, dan percabangan ganda. Membran dan hidrogel yang disiapkan memiliki sifat mekanik yang buruk, dan keunggulannya belum dimanfaatkan sepenuhnya. Dibandingkan dengan selulosa dan lignin, tiga komponen utama tumbuhan, molekul xilan memiliki keunggulan mudah larut, aksesibilitas tinggi, dan hasil karbon hidrotermal yang tinggi.
Makalah ini memanfaatkan sepenuhnya keunggulan xilan ini. Di satu sisi, xilan dan bahan nano anorganik digabungkan pada tingkat molekuler, dan berbagai komposit nano xilan / anorganik baru dikembangkan; Di sisi lain, melalui karbonisasi hidrotermal, bola karbon xilan dan titik kuantum graphene secara efisien disiapkan dan diterapkan pada alat bantu retensi dan drainase, peningkatan Raman, superkapasitor, dan deteksi ion masing-masing, yang memperluas bidang aplikasi xilan dan mewujudkan nilai tinggi. pemanfaatan xilan.
Isi penelitian utama adalah sebagai berikut:
1. Pembuatan titik kuantum graphene pasif xilan dan deteksi jejak selektif fe3 plus :
Titik kuantum graphene (gqds) dibuat dengan ultrasound dengan bahan baku grafit, N-metil pirolidon sebagai pelarut dan natrium hidroksida sebagai reagen tambahan. Gqds mengandung gugus fungsi oksigen dan memiliki cacat permukaan yang lebih sedikit, yang lebih dekat dengan struktur graphene asli, tetapi gqds memiliki kelarutan yang rendah dalam air dan mudah menggumpal menjadi endapan putih.
Dalam penelitian ini, xilan digunakan untuk mempasifkan permukaannya untuk mendapatkan titik kuantum graphene yang dipasifkan xilan GQDs@xylan ). Dibandingkan dengan sebelum pasivasi, GQDs@xylan Stabilitas dalam air ditingkatkan, hasil kuantum juga meningkat dari 19,12 persen menjadi 36,63 persen , dan masa pakai fluoresensi meningkat menjadi 7,47ns. GQDs@xylan Intensitas fluoresensi kurang dipengaruhi oleh pH, dan pada dasarnya dapat dipertahankan tidak berubah dalam kisaran ph=6 ~ 10. Sebagai probe fluoresen, deteksi selektif fe3 plus dalam larutan diwujudkan berdasarkan efek penyaringan internal, dan rentang deteksi linier adalah 0 ~ 75 M. Batas deteksi adalah 92.8nm.
Studi ini memanfaatkan sepenuhnya karakteristik xilan bercabang banyak yang mudah membentuk cangkang polimer padat. Untuk pertama kalinya, xilan digunakan untuk modifikasi pasif permukaan titik kuantum graphene, komposit titik kuantum xilan / graphene disiapkan, dan probe fluoresen yang efisien untuk deteksi jejak selektif fe3 plus diperoleh.
2. Pembuatan nanopartikel bimetalik emas perak dengan reduksi hijau xilan dan efek peningkatan Raman-nya:
Menggunakan xilan sebagai reduktor dan penstabil, asam kloroaurat sebagai prekursor emas dan reagen torun sebagai prekursor perak, struktur cangkang inti dengan ketebalan cangkang berbeda disiapkan dalam paduan berongga Au@Ag dan Au Ag hijau. Penambahan xilan menghindari penggunaan reagen kimia beracun dan menyederhanakan proses sintesis. Xylan yang terbungkus pada permukaan nanopartikel tidak hanya menstabilkan nanopartikel dan membuatnya terdispersi secara merata dalam larutan berair, tetapi juga meningkatkan kemampuannya untuk menahan oksidasi dan korosi H2O2, membentuk titik panas antara nanopartikel yang saling berhubungan, dan meningkatkan kinerja Raman pada permukaan nanopartikel. Cangkang inti dengan bentuk yang lebih seragam disiapkan dengan mengoptimalkan jumlah xilan Au@Ag Nanopartikel, sambil menghindari pembentukan kluster nano perak. Dibandingkan dengan paduan Au Ag, Au murni dan nanopartikel Ag murni, Au@Ag berlapis xylan Sinyal Raman dari asam 4-mercaptobenzoic memiliki efek peningkatan yang lebih kuat, dan batas deteksi mencapai 1nm. Selain itu, Nanopartikel Au@Ag yang dibungkus xylan dapat mendeteksi Sudan I, polutan makanan, dengan batas deteksi serendah 0.126ppm.
Dengan menggunakan gugus ujung reduktif dan struktur rantai makromolekul rantai molekul xilan, penelitian ini mengeksplorasi metode pembuatan nanopartikel bimetalik emas perak dengan xilan sebagai reduktor dan stabilizer hijau, serta menyediakan teknologi deteksi permukaan yang sederhana, hijau, dan sangat sensitif untuk makanan/lingkungan. penilaian keamanan.
3. Kajian Sintesis dan Kinerja xilan-g-kitosan garam amonium kuarter/retensi montmorillonit dan bantuan drainase:
Untuk menggabungkan sifat retensi dan drainase xilan, garam amonium kuaterner kitosan dan montmorillonit, dibuat nanokomposit xilan-g-kitosan garam amonium kuaterner / montmorillonite (xylan-g-qcs) kupas dengan reaksi kimia klik dan reaksi interkalasi sebagai bantuan retensi dan drainase baru.
Pertama, kitosan quaternary ammonium salt (QCS) dimasukkan ke dalam ruang lapisan montmorillonit untuk memperluas jarak lapisan montmorillonit, kemudian rantai molekul xilan dan QCS dihubungkan dalam ruang lapisan montmorillonit dengan mengklik reaksi kimia. Dalam proses ini, jarak lapisan montmorillonit lebih ditingkatkan sampai stripping.
Dibandingkan dengan ketiga bahan baku tersebut, kinerja retensi dan drainase nanokomposit xilan-g-qcs telah sangat meningkat. Efisiensi flokulasi maksimum kalsium karbonat adalah 37,41 persen. Ketika jumlah penambahan adalah 0.01mg/g, tingkat pemukulan adalah yang terendah.
Selain itu, dengan menghubungkan xilan bermuatan negatif dengan garam amonium kuaterner kitosan yang bermuatan positif, akumulasi muatan yang disebabkan oleh QCS dalam sistem tertutup dapat dihindari. Dalam penelitian ini, xilan dicangkok dan dimodifikasi dengan kimia klik. Menggunakan xilan sebagai elektrolit polianion, memiliki banyak cabang dan mudah terhidrasi dan bengkak. Pada saat yang sama, dikombinasikan dengan keunggulan kitosan dan montmorillonit, sifat retensi dan drainase xilan ditingkatkan, dan aditif pembuatan kertas baru dikembangkan.
4. Persiapan dan studi kinerja bola karbon xilan / superkapasitor graphene:
Setelah xilan dilarutkan dalam sistem natrium hidroksida / urea, xilan karbon sphere (XCS) yang didoping nitrogen dibuat dengan karbonisasi hidrotermal, dan kemudian xilan karbon aktif (axcs) diperoleh dengan aktivasi suhu tinggi KOH. Kemudian, axcs dan asam askorbat ditambahkan ke dalam larutan grafena oksida secara bersamaan, dan diperoleh bola karbon xilan/film oksida grafena (axcs/go) dengan filtrasi hisap, dan kemudian asam askorbat ditambahkan lagi untuk mereduksi go. Dalam proses reduksi membran komposit, lapisan luar akan menjadi hidrofobik setelah direduksi menjadi RGO, mencegah reduktor menembus ke bagian dalam membran. Pada saat ini, asam askorbat dalam membran dapat mengurangi go in situ, dan bola karbon sebagai konektor lamella graphene meningkatkan laju transfer muatan antara lapisan graphene, sehingga kapasitansi spesifik membran komposit axcs/rgo ditingkatkan. Dalam sistem elektroda ganda, rapat arus adalah 1A? Ketika g-1, ia memiliki kapasitansi spesifik 755mf/cm2, rapat daya 22,5 ~ 2250mw/cm2, dan rapat energi 11,88 ~ 25,2mwh/cm2. Setelah 10.000 siklus, tingkat retensi kapasitansi adalah 108,7 persen.
Dalam penelitian ini, bola karbon xilan dibuat dengan memanfaatkan karbon hidrotermal xilan hasil tinggi, dan bahan elektroda superkapasitor disiapkan dengan peracikan dengan graphene, yang memperluas bidang aplikasi xilan.
5. Kajian deteksi Cr (Ⅵ) dalam air oleh xylan self passivation monolayer graphene quantum dots dikombinasikan dengan kontrol mikofluida:
Titik kuantum graphene monolayer (sgqds) biasanya dibuat dari molekul aromatik atau prekursor karbon lainnya dengan metode bottom-up.
Dalam penelitian ini, titik kuantum graphene self-doped nitrogen (n-sgqds) disiapkan dalam kondisi hidrotermal untuk pertama kalinya dengan bantuan naoh/urea dan xilan tanpa cincin benzena sebagai prekursor. Dalam proses ini, xilan larut sempurna dan membentuk kompleks dengan naoh/urea. Ketika dikarbonisasi dalam reaksi hidrotermal, urea terurai dan melepaskan amonia dan karbon dioksida, yang mendorong pembentukan titik-titik kuantum graphene monolayer dan menghambat interaksi dan aglomerasi mereka. Titik-titik kuantum graphene yang disiapkan didoping dengan 1,38 persen nitrogen, hasil kuantum adalah 23,8 persen , masa fluoresensi adalah 5,76 ns, dan permukaannya dipasifkan sendiri oleh xilan terkarbonisasi yang tidak lengkap, yang menghindari aglomerasi titik-titik kuantum. Titik kuantum graphene monolayer xilan yang dipasifkan sendiri memiliki selektivitas dan sensitivitas yang baik ketika digunakan sebagai probe fluoresen untuk mendeteksi Cr (Ⅵ) dalam air. Lapisan pasivasi menghindari gangguan ion lain dalam air, dan hanya dapat dirusak oleh oksidan kuat seperti Cr(VI). Rentang deteksi linier Cr (Ⅵ) adalah 5 ~ 150 M. Batas deteksi hanya 4,1 M. Dengan menanamkan titik-titik kuantum ke dalam hidrogel dan mengintegrasikannya ke dalam chip mikofluida, deteksi visual Cr (VI) direalisasikan.
Dalam penelitian ini, xilosa secara hidrotermal diubah menjadi titik-titik kuantum graphene lapisan tunggal yang didoping nitrogen. Dengan bantuan naoh/urea, cara baru untuk menyiapkan titik kuantum graphene lapisan tunggal dengan molekul non aromatik telah disediakan, dan metode visualisasi yang sederhana dan mudah disediakan untuk pemantauan lingkungan air.