文献综述
随着世界人口的不断增长和全球技术的空前发展，人类对资源的开发和利用已经达到了一个相当高的程度，这也使得对环境的污染达到了一个更为严重的程度，而其中水环境的污染问题就成为了当前世界范围内的难题。在水污染中，水体中含有的难以降解的有机染料和金属离子是污染的重要方面。所以，采用何种材料和方式对有机染料和金属离子加以吸收，是解决水污染的重要手段。
半纤维素类物质在水污染治理方面的研究中，我国学者以及开展了丰富的研究。宁晶在《纤维素水凝胶的改性及其对重金属离子的吸附的性能和机理研究》中指出，科技的进步和人类社会的发展会对于与环境的污染，而水污染成为了其中重要的方面。水环境污染问题越加严重,且污染水体中含有大量有机物和重金属。染料由于其复杂化学结构,一般的生化处理根本达不到排放标准。而重金属离子由于它的生物累积性,极易通过食物链进入人体。水环境污染已经严重威胁到我们的健康,重金属离子和有机染料的去除已然刻不容缓。吸附法一直是废水处理的研究热点,其吸附剂的选择更是对吸附效果起着关键性作用。对于常见的吸附剂而言，可以无法实现高效回收和高效降解。所以，本课题的重点就在于对吸附工艺的研究，期望能够实现对重金属离子和有机物吸收良好的工艺技术，而且在回收后能够方便降解，而磁性纤维素水凝胶成为了解决这类问题，治理水污染的有效方式和新的途径。孙凤玲 王吟的《天然生物质水凝胶吸附材料研究进展》中表明，生物质资源产量大,但是利用效率不高,将其制备成高吸附性水凝胶不仅可消除环境污染,减少资源浪费,还可以有效地降低成本。文章综述了近年来天然生物质功能性水凝胶的制备原料及其制备方法,重点概述了水凝胶在重金属离子和染料吸附方面的应用,总结并展望了生物质凝胶的重点研究方向和未来发展前景。
半纤维素不但是在水污染治理方面，在其他方面的应用也在不断实现。林立 张卉的《半纤维素资源化利用研究》中，面对快速发展的全球经济,导致煤、石油、天然气等不可再生资源的消耗严重,促使对生物质资源需求的日益增加,半纤维素等农林废弃物再生资源化利用已经成为了一种重要的途径。在这类情况的基础上，本文从医药、造纸助剂、塑料、污水处理等多个方面对半纤维素的改性和应用进行了分析和阐述。纤维素和半纤维素还能够在先进材料方面发挥自己的作用。包涵珍 王静芸等在《基于纤维素及半纤维素的先进材料》中阐述了基于纤维素和半纤维素的先进材料,其所表达的先进材料包括了:智能材料、功能材料、高性能材料等。文章中不但阐述了这些材料的特点，而且对这些材料的制备方法和作用进行了进一步的介绍。在生物材料应用方面，吴述平的《半纤维素—壳聚糖基生物功能材料研究及其应用》中阐述了对半纤维素—壳聚糖基生物功能材料的研究，其认为木质纤维素由纤维素、木质素和半纤维素组成,是自然界最丰富的生物资源。半纤维素是连接纤维素和木质素的一类杂聚多糖,由于其分子的异质性、多分散性,分枝度高和无定形结构,从而造成半纤维素基础理论研究的困难,限制了它的研究与开发。另一方面,壳聚糖是第二大生物资源甲壳素的N-脱乙酰基的产物,是唯一大量存在的碱性多糖。由于它具有抗菌、无毒、生物相容性和可生物降解等优点而广泛应用于医药、食品、化妆品、农业、环保和纺织等领域。因此,利用壳聚糖改性半纤维素,将为后继的高值化利用开辟新途径。在其论文中，基于壳聚糖分子中活性氨基可与半纤维素分子的末端还原羰基发生美拉德反应,通过调控反应过程得到具有新功能的生物基材料和生化制品。进一步拓宽半纤维素的深入研发与应用范围。文中主要以半纤维素木聚糖和壳聚糖及其衍生物为原料,通过调控美拉德反应构建新产物,实现对复合材料结构和性能构效关系的研究。
在半纤维素的测定中，张敏 薛晓玲的《半纤维素测定方法的改进》中认为半纤维素是构成植物细胞壁的主要成分之一，是膳食纤维的组成成分。它是一种混合多糖，组成结构十分复杂。一般来说，半纤维素是指细胞壁中那些可溶于冷稀碱中的多糖，半纤维素不溶于水而溶于碱，与稀酸加热时比纤维素易水解，其水解产物有木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖等。对于半纤维素基水凝胶的制备，程合丽 冯清华等的《半纤维素基水凝胶制备方法研究进展》中表示半纤维素是自然界中含量丰富的一类天然杂多糖,具有可再生、生物相容性好、可生物降解等特点,在水凝胶材料的制备领域逐渐受到关注。文中对近年来利用半纤维素制备水凝胶的化学和物理方法进行了概述,重点介绍了化学交联法中的自由基聚合成胶,在物理交联法中,对通过氢键、结晶、冻融等作用成胶进行了总结。此外,文章还对半纤维素与无机纳米粒子混合制备有机、无机复合凝胶的研究进行了阐述。而且在文章的最后，还简要的对半纤维素基水凝胶材料的应用前景进行了展望。陈伟科在《高强度超拉伸水凝胶的制备》中，对其研究的主要内容和研究结果进行了如下的阐述：其一、采用改进后的酸解法,用浓H2SO4酸解桉木浆制备CNs,然后在过硫酸铵(Ammonium persulphate,APS)的作用下对CNs进行简单的改性,热引发制备高强度超拉伸CNs/PAM水凝胶材料。讨论CNs浓度、丙烯酰胺(Acrylamide,AM)含量、APS含量对水凝胶性能的影响。并通过其反应机理、宏观力学性能、溶胀性能和扫描电镜形貌分析推测CNs/PAM水凝胶的制备原理。实验结果表明:同其他纳米复合水凝胶一样,CNs/PAM水凝胶呈现典型的蜂窝状结构、在其断面存在大量的PAM包覆的CNs须。只要加入极少量的物理交联剂CNs就可以大幅增加水凝胶的力学强度和断裂伸长率。当CNs浓度为0.5 mg/ml时,CNs/PAM水凝胶的力学性能最好,断裂伸长率达到3183%,断裂强度也有81.4 KPa。另外,单体AM浓度是聚合物网络形成的关键。APS作为引发剂又作为改性剂,是制备超拉伸水凝胶的关键,直接影响着水凝胶的交联度和聚合物动力学链长等。其二、以CNs为稳定粒子,制备不同内相体积、不同交联密度的乳液复合水凝胶。讨论其内相体积和交联剂浓度对水凝胶结构和性能的影响。通过对乳液及其乳液复合水凝胶的形貌、溶胀性能、力学性能的分析,研究中得出:内相体积增加,聚合物组分减少,水凝胶交联密度降低,水凝胶的应力集中和交联缺陷增加。总的来说,乳液法制备复合水凝胶对其力学性能的增强作用有限。以乳液复合水凝胶为模板制备高强度IPN水凝胶,可以大幅度的增强水凝胶的力学性能。仔细讨论了第一、二网络对IPN水凝胶性能的影响,探讨了其力学增强的原理。以乳液复合水凝胶为模板制备的高强度IPN水凝胶具有很好的可行性、可控性和普适性。
在以各类植物为原料所制成并应用的半纤维素材料研究中，张文明 黄莹等的《芦苇半纤维素基水凝胶的制备及对重金属离子的高效吸附》，以芦苇半纤维素为基材,丙烯酸(AA)为单体,N,N,Nrsquo;,Nrsquo;-四亚甲基乙二胺(MBA)为交联剂,通过自由基聚合法制备出水凝胶材料,采用FT-IR对其结构进行表征,并考察了AA和 MBA用量、pH值、吸附时间和金属离子初始质量浓度对水凝胶吸附Pd2、Cd2 和Zn2 性能的影响,同时探讨了水凝胶对金属离子的吸附动力学和吸附机制。结果表明,AA用量、MBA用量和pH值对水凝胶的吸附性能均有较大影响,水凝胶对金属离子的吸附量随着pH值的增加而增大,1.0 g半纤维素中添加0.1 g MBA,9 g AA制得的水凝胶可在60 min内达到吸附平衡,金属离子溶液初始质量浓度为200 mg/L,Pb2 溶液pH值5.5,Cd2 、Zn2 溶液pH值6.5时,对Pd2 、Cd2 和Zn2 的最大吸附量可达699、521和265 mg/g。水凝胶吸附金属离子过程属于离子交换机制,吸附行为符合动力学准二级模型和Langmuir方程,该水凝胶经过吸附-解吸8次循环后,对金属离子仍有较高的吸附效率,Pd2 、Cd2 和Zn2 的吸附量仍达616、479和243 mg/g,回收率分别为96.7%、97.1%和97.6%。而在宋西义 刘尚军等的《半纤维素基聚丙烯酸-木质素磺酸盐类水凝胶的制备与表征》中，以玉米芯为原料,通过碱抽提得到玉米芯半纤维素,并用马来酸酐改性半纤维素得到半纤维素衍生物。以半纤维素衍生物为大分子交联剂,丙烯酸为单体,在过硫酸铵和N,N,Nrsquo;,Nrsquo;-四甲基乙二胺引发下进行自由基聚合制备水凝胶,探讨了木质素磺酸钠的添加对水凝胶性能的影响。研究结果表明,马来酸酐改性后的半纤维素的侧链上含有双键和羧基基团。当马来酸酐与半纤维素的质量比是0.5,Li OH与半纤维素的质量比是0.02时,半纤维素衍生物的收率为60.85%,取代度为0.42。木质素磺酸钠的添加使得水凝胶的收率降低,而对水凝胶的内部形貌影响较小。当木质素磺酸钠与半纤维素衍生物的质量比为0.05时,水凝胶的溶胀率达到了253g/g。溶胀动力学研究表明,水凝胶的吸水过程满足准一级动力学模型,其溶胀吸水过程是一个物理变化过程。文中通过具体的研究展现了半纤维素基聚丙烯酸-木质素磺酸盐类水凝胶的制备方法以及过程中的具体表现。
在半纤维素壳聚糖材料的研究中，通过对上述论文的进一步阅读，总结了各位学者研究的技术和经验，从中学习到了诸多的研究方法和研究成果，对于本来的写作给予的相当多的指导，本论文写作中也对前辈的研究结果进行了适当的改进，以期能够达到更好的效果。
参考文献
[1] 宁晶，纤维素水凝胶的改性及其对重金属离子的吸附的性能和机理研究，济 南大学，2015.6
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