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具有三维网络结构的细菌纤维素/氧化石墨烯复合材料的制备与性能研究

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第一章 绪论

1.1 载药材料发展概况

1.2 吸附材料概况

1.3 细菌纤维素（BC）

1.4 石墨烯材料

1.5 本课题的背景、内容及创新点

第二章 BC/GO纳米复合材料的制备与矿化研究

2.1 引言

2.2 实验材料及方法

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第三章 BC/GO纳米复合材料载药性能研究

3.1 前言

3.2 实验材料及方法

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 BC/GO复合材料吸附重金属离子性能研究

4.1 引言

4.2 实验材料及方法

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

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摘要

细菌纤维素（BC）是纳米生物纤维，与传统的植物纤维相比，BC具有较大的比表面积和密度，并相互交织形成良好的超精细三维空间网络结构。BC基复合材料作为一类重要的具有许多优异性能的功能高分子材料，得到了广泛而深入的研究。氧化石墨烯（GO）是石墨烯一种重要的衍生物，是一种具有近似于单层原子厚度的新型二维碳纳米材料，具有良好生物相容性。GO具有较大的比表面积和较高的机械强度。
　　本课题通过静态共培养和干膜吸附的方法将GO纳米片引入到BC三维网络结构中，成功制备出了不同GO含量的三维网络结构的BC/GO纳米复合材料。对该复合材料的形态、结构、及在载药、重金属吸附方面的应用进行系统全面的测试、表征和分析，主要研究内容及结论如下：
　　利用静态共培养和干膜吸附的方法制备出了不同GO含量的具有空间三维网络结构的BC/GO纳米复合材料。通过SEM、TEM、XRD、FT-IR、BET、Raman、力学等材料表征方法对BC/GO复合材料的物理、化学结构及各项性能进行了表征分析。对两种方法制备的复合材料进行生物矿化研究，表征了不同GO含量的复合材料矿化后的各项性能。结果显示，制备的BC/GO复合材料，仍然保持BC特有的空间三维网络结构，其中的GO纳米片的含量随着其培养液中GO浓度的增加而增加。测试还表明，BC/GO的力学性能和比表面积较 BC有所提高。经仿生矿化后，BC纤维及GO表面都沉积上羟基磷灰石（HAp），且随着GO含量的增加，复合材料表面的沉积物也有所增加，说明GO提高了复合材料的生物活性。
　　对采用静态共培养法制备的BC/GO复合材料进行了细胞毒性试验、载药性能及缓释研究。以布洛芬（IBU）为模型药物，制备具有缓释效果的新型缓释药物系统。针对三种不同GO含量的BC/GO复合物对IBU载药及缓释性能进行研究，主要考察了GO含量对载药量的影响。结果表明，IBU药物颗粒覆盖在整个纤维表面。随着GO含量增加，复合物载药量有所增加，BC纤维及GO纳米片上的颗粒覆盖密度也增加，而且分布均匀。通过药物缓释性能的对比看出BC/GO复合材料具有良好的药物缓释性能。
　　将静态共培养制备的BC/GO复合材料用于废水中Cu2+、Cd2+和Pb2+的去除研究。实验中我们研究了 pH、反应时间、吸附剂的质量以及离子的浓度等一些参数对吸附的影响，并进行了吸附动力学拟合，以揭示其吸附特征与机理，为BC/GO在重金属废水处理方面的应用提供理论依据。结果表明：相同质量的BC和BC/GO，加入到同一种重金属离子溶液中，BC/GO对重金属离子吸附率明显大于BC对重金属离子的吸附率；不同GO含量的BC/GO复合材料，GO含量最高的复合材料BC/GO-1对三种重金属离子的吸附效果最好；吸附效果最好的pH值为5.5左右。研究结果表明BC/GO复合材料可作为废水中重金属离子的一种新的有效吸附剂。
　　综上所述，通过静态共培养和干膜吸附的方法可以得到性能优异的具有空间三维网络结构的BC/GO复合材料，拓宽了BC在生物医学和环境保护领域的应用。

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