香蕉纤维素-壳聚糖/聚丙烯酰胺双网络水凝胶的制备及吸附性能

纤维素、壳聚糖等天然多糖形成的水凝胶力学性能较弱,在应用中受到限制。该文利用香蕉纤维素-壳聚糖为第一层刚性网络,以聚丙烯酰胺为第二层柔性网络,通过一锅法制备了香蕉纤维素-壳聚糖/聚丙烯酰胺(cellulosechitosan/polyacrylamide, Ce-Cs/PAAM)双网络水凝胶,并采用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffractometer,XRD)等对双网络水凝胶结构进行了表征,并分析其力学性能、溶胀性能和吸附性能。结果表明,Ce-Cs/PAAM水凝胶是一种三维多孔、双网络状结构,具有优良的机械强度和韧性,在90%的压缩应变下,其最大压缩应力可以达到60 MPa;水中的溶胀度为9.56 mg/mg,在pH值为12的溶液中溶胀度为15.34 mg/mg;Ce-Cs/PAAM双网络水凝胶吸附Cu2+试验结果表明,在Cu2+的初始浓度为350 mg/L、pH值为5.5、吸附时间为90 min时,最大吸附量为312.4 mg/g。该文制备的CeCs/PAAM双网络水凝胶方法简单、力学性能、吸附性能优良,在重金属离子吸附领域具有一定的应用前景。     

聚丙烯酰胺/蒙脱土渗灌材料制备及其导水性能野外试验

基于沙生植物微需水量的特点,利用聚丙烯酰胺（Polyacrylamide,PAM）和蒙脱土（Montmorillonite,MMT）复合制备了一种渗灌复合材料,研究了材料的成膜性能和吸释水性能,并对渗灌系统的自调节导水性能进行了研究,然后在乌兰布和沙漠进行了渗灌系统的野外试验,最后利用X射线衍射仪、红外光谱分析仪和扫描电子显微镜对复合材料自调节导水机理进行分析。结果表明：PAM与MMT的最佳质量比为0.25,PAM和MMT制备的复合导水材料可在纤维表面形成均匀连续的膜,且导水材料的吸水和释水性能较为均衡,干湿交替试验显示其可根据土壤湿度自调节导水速率。沙漠野外试验表明,肉苁蓉接种率从对照组的23%提高到86%。材料微观分析表明：PAM通过插层作用进入MMT片层间形成复合导水材料,导水材料主要依靠PAM和MMT的相互作用传导水分,PAM的干燥收缩和吸水溶胀会引起MMT的连接和分开,从而引起水分传导速率的变化。研究结果可为渗灌材料的应用提供参考。     

秸秆-膨润土-聚丙烯酰胺对砂质土壤吸附氮素的影响

为提高土壤对氮素的吸附能力,减少土壤氮素流失,通过土壤培养试验和等温吸附试验研究了经堆腐的玉米秸秆、膨润土和聚丙烯酰胺(PAM)配制成的复合改良材料对砂质土壤NH4+-N吸附特性的影响。结果表明,复合改良材料对土壤NH4+-N吸附的影响随土培时间的延长呈先增大后减小的趋势,60d时最大。各处理NH4+-N的等温吸附曲线可用Langmuir方程很好地拟合。提高复合改良材料用量使砂质土壤NH4+-N的最大吸附量Qmax提高,吸附常数(k)降低,表明复合改良材料可以提高土壤对NH4+-N的吸附容量,但不能增加其吸附强度。同一用量下,Qmax随改良材料中PAM比例的提高呈先增大后减小的趋势,以PAM比例为0.99%时为最大,k则最低。提高复合改良材料用量使砂质土壤NH4+-N的最大缓冲容量(MBC)减小,改良材料中PAM添加比例对MBC无明显的影响规律。结果说明复合改良材料对土壤NH4+-N的保持量具有明显的促进作用,改良材料中PAM的添加比例以0.99%最佳。     

纳米纤维素水凝胶的制备与表征及其对猪肉的保鲜作用

水凝胶因具有低毒性、高生物相容性和可降解性而常用于食品保鲜,但其机械性能和抗疲劳性有待提高。为了探究大豆种皮纳米纤维素对水凝胶机械性能和抗疲劳性的影响,并提高水凝胶的综合机械性能。因此,本研究通过-20 ℃低温循环冷冻-解冻法制备具有可拉伸、强韧、抗疲劳的聚乙烯醇/海藻酸钠/纳米纤维素水凝胶,探究水凝胶对猪肉货架期的影响。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外变换光谱仪、X-射线衍射仪、热重仪和质构仪测定了水凝胶的理化性质和机械性能。研究结果表明,水凝胶内部单体之间以氢键和酯键交联,内部呈现多孔结构,断裂伸长率为230%、压缩强度为70 kPa、拉伸强度为17 kPa,经过多次循环拉伸仍具有良好的机械性能和较高的抗疲劳性。猪肉保鲜试验表明,水凝胶维持了猪肉色泽的稳定性,防止内部水分流失,并且将猪肉的保质期延长至10 d。因此,该水凝胶可用于食品包装以延长冷藏肉制品的保质期。同时,本研究为构建一种可拉伸、强韧、抗疲劳的多功能水凝胶提供了一种新的视角。     

pH敏感γ-聚谷氨酸/聚乙烯醇水凝胶的溶胀动力学

为了获得具有较好的持水性、生物相容性且没有细胞毒性的水凝胶,该文在不经过任何化学处理的条件下,将γ-聚谷氨酸(γ-polyglutamic acid,γ-PGA)与聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)以3∶7,4∶6,5∶5,6∶4,7∶3的质量配比进行反应,制得pH敏感型水凝胶。对制得的水凝胶进行性能和结构表征,研究不同单体配比的水凝胶在不同p H值溶液(pH值分别为4.0,7.4,9.0)中的溶胀动力学,同时对制备的水凝胶进行了药物缓释性能初步研究。结果表明,γ-聚谷氨酸/聚乙烯醇水凝胶具备pH敏感性,溶胀度随着γ-聚谷氨酸量的增加而减小,保水率及热稳定性均随着γ-聚谷氨酸量的增加而升高。溶胀性能研究表明不同pH值的溶液媒介对水凝胶的初始扩散行为没有影响,都属于non-Fickian扩散模式,而且不同水凝胶样品在不同pH值环境中的溶胀速率的变化趋势类似,说明了在γ-PGA/PVA水凝胶的溶胀初期,水分子的扩散速率与网络大分子的松弛速率相当。不同配比的水凝胶在相同pH值环境中,水的扩散系数随着水凝胶的溶胀速率的增大而增大,且溶胀速率值又会随着PVA含量的增加而增大。药物缓释研究显示Gel3/7、Gel4/6、Gel5/5、Gel6/4、Gel7/3的包埋率分别为79.87%、75.75%、74.00%、73.50%和70.25%,说明5组水凝胶样品包埋效果较为理想,p H值的变化对5组水凝胶样品的释放性能的影响是一致的,均在p H值为7.4的缓冲溶液中药物释放较快,在p H值为1.2的缓冲溶液中释放较为平缓,释放周期加长;随着γ-PGA含量的增加,PVA含量的减少,药物的释放速率也随之减小,最终的平衡释药百分数变小,释药周期加长。研究结果为γ-聚谷氨酸/聚乙烯醇水凝胶材料在生物技术、医学以及工业领域的应用提供参考。     

葵花籽壳纳米纤维素/壳聚糖/大豆分离蛋白可食膜制备工艺优化

为了研究具有良好性能的可食膜及其制备方法,该文以大豆分离蛋白(soy protein isolate,SPI)为成膜基材,向其中添加葵花籽壳纳米纤维素(nano-crystalline cellulose,NCC)和壳聚糖(chitosan,CS)制备得到共混可食膜。通过研究成膜材料配比、pH值和丙三醇质量浓度对可食膜抗拉强度(tensile strength,TS)、断裂伸长率(elongarion,E)、水蒸气透过系数(water vapor permeability,WVP)和氧气透过率(oxygen permeability,OP)的影响,以可食膜综合性能为响应值,各因素为自变量,利用响应面法对工艺参数进行优化,并建立了二次多项式回归模型,通过对模型的分析得到各因素对可食膜性能综合分影响的大小顺序为pH值成膜材料配比丙三醇质量浓度。结果表明:成膜材料质量比NCC:CS:SPI为1.25:0.75:2,pH值为3.59,丙三醇质量浓度为0.02 g/m L时,可食膜性能(抗拉强度、断裂伸长率、水蒸气透过系数和氧气透过率)的综合分达到最高为0.63。红外和扫描电镜结果表明成膜材料间具有良好的相容性。研究结果可为可食膜的生产应用提供参考。     

天然花青素提取物与壳聚糖明胶复合膜的制备和表征

为了开发天然的抗氧化活性包装材料,以紫甘蓝、黑米、玫瑰、蓝莓为原料制备天然花青素提取物与壳聚糖明胶的复合膜,比较分析了不同天然花青素提取物对复合膜的物理、机械、抗氧化活性及形貌结构的影响。结果表明：天然花青素提取物的加入,增加了膜的厚度,显著（P<0.05）影响膜的含水率、水溶性及外观形貌。壳聚糖明胶复合膜的水蒸汽透过率（water vapor permeability,WVP）为10.69×10-11 g/(m·s·Pa)。玫瑰花青素提取物的加入使得WVP值降低,而其他花青素提取物的加入使得WVP值增大。玫瑰复合膜的拉伸强度最大,达到27.03 MPa,断裂伸长率最小,黑米花青素提取物可增加复合膜的延展性,断裂伸长率最大为57.67%。傅里叶红外光谱表明天然花青素提取物的羟基基团与壳聚糖的氨基基团产生相互作用。扫描电镜结果表明花青素提取物影响微观结构,而且生物相容性较好。加入天然花青素提取物后,复合膜抗氧化活性均显著（P<0.05）提高,且玫瑰复合膜有着较高的抗氧化活性,1,1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）自由基清除能力达到95.47%。结果表明：玫瑰花青素提取物更有利于开发阻湿性能好,水溶性低,抗拉伸和抗氧化活性高的包装材料,具有良好的应用前景。     

安石榴苷还原壳聚糖/纳米银溶胶制备表征及其抑菌性能

该文的研究目的用安石榴苷作为绿色还原剂制备壳聚糖/纳米银(CS/AgNPs)溶胶,并对CS/AgNPs表征及抑菌性能进行研究。结果表明:pH值为5,浓度为0.5%~1%的壳聚糖100 mL,硝酸银溶液浓度0.6 mol/L,加入质量浓度1%的安石榴苷溶液,25℃还原6 h可得粒径范围较窄,银粒子质量分数较高较的稳定纳米复合材料CS/AgNPs溶胶。经透射电镜和X-射线衍射仪分析溶胶中纳米银粒子粒径为8~11 nm,晶型为面心立方型。傅里叶红外光谱表明壳聚糖中-NH2与Ag+发生了螯合及CS/AgNPs中AgNPs的存在。CS/AgNPs溶胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作用24 h后的抑菌率为95.5%,97.6%,刃天青法检测对2种菌的最小抑菌浓度均为0.096μL/mL。透射电镜扫描及细胞内容物渗漏实验表明,CS/AgNPs溶胶可以吸附菌体于细胞,破坏细胞膜,增加细胞的通透性,抑制菌体生长。安石榴苷原位还原制备的CS/AgNPs溶胶具有良好的抑菌性能,可为食品保鲜或医用材料制备提供理论支撑。     

低温水热法制备竹生物炭及其对有机物的吸附性能

竹是一类常见的生物质资源,竹加工中产生的废弃物是制生物炭的理想原料。该研究采用水热炭化法,在较低的水热温度下制备竹生物炭,并通过Na OH浸泡和N2氛围下高温煅烧2种方法,对竹生物炭进行进一步改性,所得产品用于去除水溶液中2-萘酚和刚果红。结果显示:仅采用水热炭化得到的竹生物炭产品得率大于54%,表面官能团丰富,均能吸附水溶液中的2-萘酚和刚果红,其中160℃3 h下制备的样品对2-萘酚吸附效果最好,200℃7 h下制备的样品对刚果红吸附效果最好;改性处理会降低终产品得率并影响表面官能团,Na OH浸泡改性处理能增加竹生物炭对2-萘酚和刚果红的吸附容量,N2氛围下高温煅烧改性则不能提高竹生物炭对这2种物质的吸附效果。研究结果可为废弃生物质制炭及生物炭在水污染物吸附分离中的应用提供参考。     

耕作方式对稻-油轮作系统土壤理化性质及重金属有效性的影响

为探明不同耕作方式下稻-油轮作系统中土壤重金属有效性的变化规律,测定了21年长期定位试验稻-油轮作系统中土壤及其剖面的主要理化性质和重金属有效含量,分析了二者间的关系。结果表明,与翻耕相比,垄作免耕使各土层土壤有机质含量和阳离子交换量显著提高,并具有明显的表层聚集现象,土壤pH值明显降低。耕层土壤Cd、Cu和Zn有效量以垄作免耕处理最高,土壤Pb的有效量则以常规平作处理最高,不同耕作方式下,土壤有效Cd和Pb出现表聚现象,但有效Zn和Cu随土壤深度的变化无明显规律。相关分析表明,土壤有机质含量与土壤Cd、Zn有效量呈极显著正相关关系,与土壤Pb、Cu有效量呈显著正相关,土壤pH值与土壤Pb有效量呈显著正相关,而土壤阳离子交换量与4种重金属有效量间的相关性不显著。由此推测,耕作方式主要是通过影响土壤有机质含量而影响重金属元素的有效性,垄作免耕较翻耕在改良土壤理化性质上有较大优势,却使0-20cm和20-40cm土层重金属有效量显著增加,表现出明显的表层富集趋势。