קסילןהוא הסוג העיקרי של hemicellulose, אשר משמש לעתים קרובות כחומר מודל של hemicellulose. יש לו את היתרונות של מקור רחב, מחיר נמוך, מתחדש, מתכלה, תאימות ביולוגית טובה וכן הלאה. כיום, המחקר של חומרים מבוססי קסילן מתמקד בעיקר בהכנת ממברנות, הידרוג'לים ותחומים אחרים, אך קסילנים הם הטרופוליסכרידים, בעלי מבנה מולקולרי מורכב, יחידות סוכר מגוונות, שרשראות מולקולריות קצרות ורב הסתעפות. לממברנות ולהידרוג'לים המוכנים יש תכונות מכניות גרועות, ויתרונותיהם לא הוכנסו למשחק מלא. בהשוואה לתאית וליגנין, לשלושת המרכיבים העיקריים של צמחים, למולקולות הקסילן יש את היתרונות של פירוק קל, נגישות גבוהה ותפוקת פחמן הידרותרמי גבוהה.
מאמר זה עושה שימוש מלא ביתרונות אלו של קסילן. מצד אחד, חומרים קסילן וננו אנאורגניים מורכבים ברמה המולקולרית, ומפותחים מגוון מרוכבים חדשים של קסילן/ננו אנאורגניים; מצד שני, באמצעות פחמול הידרותרמי, כדורי פחמן קסילן ונקודות קוונטיות גרפן הוכנו ביעילות ויושלו על עזרי שמירה וניקוז, הגברת ראמאן, קבלי-על וזיהוי יונים בהתאמה, מה שהרחיב את תחומי היישום של קסילן והבינו את הערך הגבוה ניצול של קסילן.
תכני המחקר העיקריים הם כדלקמן:
1. הכנת נקודות קוונטיות של גרפן פסיביות של קסילן וזיהוי העקבות הסלקטיבי שלה של fe3 plus:
נקודות קוונטיות של גרפן (gqds) הוכנו על ידי אולטרסאונד עם גרפיט כחומר גלם, N-methyl pyrrolidon כממס ונתרן הידרוקסיד כמגיב עזר. ה-gqds מכילים קבוצות פונקציונליות חמצן ופחות פגמים על פני השטח, הקרובים יותר למבנה של גרפן מקורי, אך ל-gqds יש מסיסות נמוכה במים וקל להצטבר למשקעים לבנים.
במחקר זה, נעשה שימוש בקסילאן כדי להפביל את פני השטח שלו כדי להשיג נקודות גרפן קוונטיות עם קסילן (GQDs@xylan). בהשוואה לפני הפסיבציה, GQDs@xylan היציבות במים משתפרת, התפוקה הקוונטית גדלה גם היא מ-19.12 אחוזים ל-36.63 אחוזים, ואורך חיי הקרינה גדל ל-7.47ns. GQDs@xylan עוצמת הקרינה של מושפעת פחות מ-pH, וניתן לשמור אותה ללא שינוי בטווח של ph=6 ~ 10. כבדיקה פלורסנטית, הזיהוי הסלקטיבי של fe3 plus בתמיסה מתממש בהתבסס על אפקט הסינון הפנימי, וטווח הזיהוי הליניארי הוא 0 ~ 75 מיקרומטר. מגבלת הזיהוי היא 92.8nm.
מחקר זה עושה שימוש מלא במאפיינים שלקסילאנים רב-מסועפים קל ליצור קליפות פולימר צפופות. בפעם הראשונה, נעשה שימוש בקסילנים לשינוי פסיביות פני השטח של נקודות קוונטיות של גרפן, מכינים חומרים מרוכבים של נקודות קוונטיות של קסילן/גרפן, ומתקבלת בדיקה ניאון יעילה לזיהוי עקבות סלקטיבי של fe3 plus.
2. הכנת חלקיקים דו-מתכתיים מכסף זהב על ידי הפחתה ירוקה של קסילן והשפעת שיפור ה-Raman שלו:
שימוש בקסילן כמפחית ומייצב, חומצה כלורואורית כמבשר זהב ומגיב טורון כמבשר כסף, הוכנו מבני ליבה-קליפה עם עובי קליפה שונה בסגסוגת חלולה Au@Ag ו-Au Ag ירוקה. התוספת של קסילן מונעת שימוש בריאגנטים כימיים רעילים ומפשטת את תהליך הסינתזה. Xylan עטוף על פני השטח של ננו-חלקיקים לא רק מייצב את הננו-חלקיקים והופך אותם לפיזור אחיד בתמיסה מימית, אלא גם משפר את יכולתו להתנגד לחמצון H2O2 ולקורוזיה, יוצר נקודות חמות בין ננו-חלקיקים המחוברים זה לזה, ומשפר את ביצועי שיפור ה-Raman פני השטח של ננו-חלקיקים. קליפת הליבה בעלת צורה אחידה יותר הוכנה על ידי אופטימיזציה של כמות xylan Au@Ag Nanoparticles, תוך הימנעות מיצירת אשכולות כסף ננו. בהשוואה לסגסוגת Au Ag, ננו-חלקיקי Au טהורים וננו-Ag טהורים, Au@Ag מצופה קסילן לאות Raman של חומצה מרקפטובנזואית 4-יש אפקט שיפור חזק יותר, ומגבלת הזיהוי מגיעה ל-1 ננומטר. בנוסף, ננו-חלקיקי Au@Ag עטופים בקסילן יכולים לזהות את סודן I, מזהם מזון, עם מגבלת זיהוי נמוכה של 0.126ppm.
באמצעות קבוצות הקצה הרדוקטיביות ומבנה השרשרת המקרו-מולקולרית של השרשרת המולקולרית של קסילן, מחקר זה חקר את השיטה להכנת ננו-חלקיקים דו-מתכתיים מכסף זהב עם קסילן כמפחית ומייצב ירוק, וסיפק טכנולוגיית זיהוי משטח פשוטה, ירוקה ורגישה במיוחד למזון/סביבה הערכת בטיחות.
3. מחקר על סינתזה וביצועים של מלח אמוניום רבעוני קסילאן-ג-צ'יטוסן / מונטמורילוניט שימור ועזר לניקוז:
על מנת לשלב את תכונות השמירה והניקוז של קסילן, מלח אמוניום רבעוני קיטוזן ומונטמורילוניט, הוכנו הננו מרוכבים של קסילן-ג-צ'יטוסן הרבעוני אמוניום / מונטמורילוניט (קסילאן-g-qcs) המקולפים על ידי תגובה כימית ותגובת אינטרקלציה. עזר חדש לשמירה וניקוז.
ראשית, מלח אמוניום רבעוני קיטוזן (QCS) מוחדר לחלל השכבה של מונטמורילוניט כדי להרחיב את מרווח השכבות של מונטמורילוניט, ואז השרשרת המולקולרית של קסילן ו-QCS מקושרת בחלל השכבה של מונטמורילוניט על ידי לחיצה על תגובה כימית. בתהליך זה, מרווח השכבות של מונטמורילוניט גדל עוד יותר עד להפשטה.
בהשוואה לשלושת חומרי הגלם, ביצועי השמירה והניקוז של ננו-מרוכבים xylan-g-qcs שופרו מאוד. היעילות המקסימלית של קבוצת סידן פחמתי היא 37.41 אחוזים. כאשר כמות התוספת היא 0.01mg/g, דרגת ההכאה היא הנמוכה ביותר.
בנוסף, על ידי קישור הקסילן הטעון שלילי עם מלח האמוניום הרבעוני הטעון חיובי של הצ'יטוזן, נמנעת הצטברות המטען הנגרמת על ידי QCS במערכת סגורה. במחקר זה, קסילן הושתל ושונה על ידי כימיה של קליקים. שימוש בקסילן כאלקטרוליט פוליאניון, יש לו ענפים רבים וקל להידרציה ולהתפחה. במקביל, בשילוב עם היתרונות של צ'יטוזן ומונטמורילוניט, שופרו תכונות השמירה והניקוז של הקסילן, ופותח תוסף חדש לייצור נייר.
4. הכנה ומחקר ביצועים של כדור פחמן קסילן / קבל-על גרפן:
לאחר המסת הקסילן במערכת נתרן הידרוקסיד/אוריאה, הוכנו כדורי קסילן פחמן (XCS) מסוממים בחנקן על ידי פחמול הידרותרמי, ולאחר מכן הושגו כדורי פחמן קסילן פעילים (axcs) על ידי הפעלה בטמפרטורה גבוהה של KOH. לאחר מכן, axcs וחומצה אסקורבית נוספו לתמיסת גרפן אוקסיד בו זמנית, והתקבלו כדורי פחמן קסילן פעיל / סרט תחמוצת גרפן (axcs/go) על ידי סינון יניקה, ולאחר מכן הוספה שוב חומצה אסקורבית כדי להפחית את התנועה. בתהליך ההפחתה של הממברנה המרוכבת, הגו בשכבה החיצונית יהפוך הידרופובי לאחר הפחתה ל-RGO, ומונע מהמחמצת לחדור אל פנים הממברנה. בשלב זה, החומצה האסקורבית בממברנה יכולה להפחית את המעבר באתרו, וכדור הפחמן כמחבר של לאמלת גרפן מגביר את קצב העברת המטען בין שכבות הגרפן, כך שהקיבול הספציפי של הממברנה המרוכבת axcs/rgo משתפר. במערכת האלקטרודות הכפולות, צפיפות הזרם היא 1A? כאשר g-1, יש לו קיבול ספציפי של 755mf/cm2, צפיפות ההספק היא 22.5 ~ 2250mw/cm2, וצפיפות האנרגיה היא 11.88 ~ 25.2mwh/cm2. לאחר 10000 מחזורים, שיעור שימור הקיבול הוא 108.7 אחוזים.
במחקר זה, כדורי פחמן קסילן הוכנו על ידי ניצול התפוקה הגבוהה של פחמן הידרותרמי קסילן, וחומרי האלקטרודות של קבלי-על הוכנו על ידי שילוב עם גרפן, שהרחיב את שדה היישום של קסילן.
5. מחקר על זיהוי של Cr (Ⅵ) במים על ידי פסיבציה עצמית של קסילן נקודות קוונטיות מונו-שכבתיות בשילוב עם בקרה מיקרופלואידית:
נקודות קוונטיות של גרפן חד-שכבתי (sgqds) מוכנות בדרך כלל ממולקולות ארומטיות או מבשרי פחמן אחרים בשיטות מלמטה למעלה.
במחקר זה, נקודות קוואנטיות גרפין עם סימום עצמי בחנקן (n-sgqds) הוכנו בתנאים הידרותרמיים בפעם הראשונה בעזרת נאו/אוריאה וקסילן ללא טבעת בנזן כמבשר. בתהליך זה, הקסילן מומס לחלוטין ויוצר קומפלקס עם נאו/אוריאה. כאשר מתפחם בתגובה הידרותרמית, אוריאה מתפרקת ומשחררת אמוניה ופחמן דו חמצני, מה שמקדם היווצרות של נקודות קוונטיות גרפן חד-שכבתיות ומעכב את האינטראקציה והצבירה שלהן. הנקודות הקוונטיות של הגרפן המוכנות מסוממות ב-1.38 אחוז חנקן, התשואה הקוונטית היא 23.8 אחוזים, משך החיים הקרינה הוא 5.76ns, והמשטח עובר פסיבציה עצמית על ידי קסילן מוגז לא שלם, מה שמונע הצטברות של נקודות קוונטיות. לנקודות הקוונטיות החד-שכבתיות של גרפן עם פסיב עצמי של קסילן יש סלקטיביות ורגישות טובה כשהן משמשות כבדיקה ניאון לזיהוי Cr (Ⅵ) במים. שכבת הפסיבציה נמנעת מהפרעות של יונים אחרים במים, וניתן להינזק רק מחומצנים חזקים כמו Cr (VI). טווח הגילוי הליניארי של Cr (Ⅵ) הוא 5 ~ 150 מיקרומטר. מגבלת הגילוי היא רק 4.1 מיקרומטר. על ידי הטבעת נקודות קוונטיות לתוך הידרוג'לים ושילובן בשבבים מיקרופלואידיים, מתממש הזיהוי החזותי של Cr (VI).
במחקר זה, קסילוז הומר הידרותרמי לנקודות קוונטיות גרפן חד-שכבתיות מסוימות בחנקן. בסיוע נאו/אוריאה, סופקה דרך חדשה להכנת נקודות קוונטיות גרפן חד-שכבתיות עם מולקולות לא ארומטיות, וסופקה שיטת הדמיה פשוטה וקלה לניטור סביבת מים.