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甲壳素纳米纤维的非衍生化剥离及应用最新进展 成果
lixk 9月前 283

         甲壳素纳米纤维的非衍生化剥离及应用最新进展

来源:高分子科学前沿   |

甲壳素纳米纤维(ChitinNFs)作为自然界中最丰富的多糖纳米材料之一。由于其产量丰富、成本低廉并且可生物降解等优点,被广泛应用于智能传感器件、可再生能源器件以及催化等领域。鉴于此,中国科学院青岛生物能源与过程研究所李朝旭研究员尤俊副研究员及硕士生王增斌等人就剥离甲壳素及应用方面做了深入的研究,并取得新的进展。

在DMSO/KOH溶液中,首次通过去质子化辅助液相剥离法从蟹壳原料中提取出直径3~8 nm,长度400~1200 nm的高长径比甲壳素纳米纤维。与传统方法(脱乙酰化、Tempo氧化等)相比,本方法未破坏甲壳素的化学结构,最大程度上保留了其理化性质,而且具有产率高达60%以上,提取溶剂(DMSO)可回收重复使用等优点。此外,由于其独特的化学性质及易分散的特点,在剥离、分散及稳定多种无机二维纳米材料(如过渡金属二硫化物以及石墨烯等)方面具有广阔的应用前景。相关工作发表在Chemical Engineering Journal 2018, 344, 498–505上。


图1 去质子化液相剥离甲壳素纳米纤维

随后,课题组利用该纳米纤维离子化程度较低的特点,进一步制备了孔径在4.1~22 nm范围内可调节的微纳滤膜。其中,纳米孔滤膜(孔径约4.1 nm)对尺寸5.3 nm以上纳米颗粒的截留率超过99%,能够高效分离2.1 nm的石墨烯量子点与5.3 nm的金纳米颗粒。介孔滤膜(孔径约22 nm)可实现极端情况下的各类油水乳液的分离。即使在腐蚀性溶液中,乳液分离的流通量仍然能够达到563 L h-1m-2,分离效率为91%。此外,滤膜还具有良好的稳定性和重复利用性等优点。这种孔径可调节的微纳滤膜在食品、废水处理、纳米技术、生物医学和材料科学等领域有着广泛的应用前景。相关工作发表在ACS Applied. Material & Interfaces 2019, 11, 8576-8583上。

图2多功能甲壳素纳米纤维滤膜的制备及应用

在此基础上,课题组通过精确调控纳米孔滤膜的厚度与孔径,实现粒度小于6 nm的贵金属纳米颗粒(金和铂)的非阻塞截留,并诱导它们自组装形成导电金属泡沫。该金属泡沫由贵金属纳米纤维骨架(~ 6.5 nm)交织而成,具有高孔隙率(90%),高导电性(104 S/cm)和柔性等优点,在电驱动与催化等领域有较好的应用前景。这种制作过程不但开辟了一条柔性金属泡沫材料的生产途径,还为贵金属纳米颗粒的有效回收提供了新思路。相关工作发表在ACS Nano(DOI: 10.1021/acsnano.9b07923)上。

图3非阻塞过滤法构筑多孔金属泡沫
论文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894718304790?via%3Dihub
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b21847
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b07923


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