纤维素电沉积制备有序分子膜的研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着塑料的发明及其加工业的发展，各种新型塑料被广泛地用于工业、农业、建筑等领域。由于其制造成本低、种类丰富、易于生产、性能可调性强和容易被制成不同形状等优点。塑料迅速成为了人们生产生活中不可或缺的一类重要材料，极大的改变了人们的生活。但是，塑料回收价值较低，在使用过程中除了散落在城市街道、旅游区、水体中、公路和铁路两侧造成“视觉污染”污染外，它还存在着潜在的危害。 塑料结构稳定，不易被天然微生物菌降解，在自然环境中长期不分离。这就意味着废塑料垃圾如不加以回收，将在环境中变成污染物不断累积，会对环境造成极大危害。 其一，影响农业发展。废塑料制品混在土壤中不断累积，会影响农作物吸收养分和水分，导致农作物减产。 其二，对动物生存构成威胁。抛弃在陆地上或水体中的废塑料制品，被动物当作食物吞入，导致动物死亡。羊喜欢吃塑料袋中夹裹着的油性残留物，却常常连塑料袋一起吃下去了，由于吃下的塑料长时间滞留胃中难以消化，这些羊的胃被挤满了，再也不能吃东西，最后只能被活活饿死。这样的事在动物园、牧区、农村、海洋中屡见不鲜。 其三，废塑料随垃圾填埋不仅会占用大量土地，而且被占用的土地长期得不到恢复，影响土地的可持续利用。进入生活垃圾中的废塑料制品如果将其填埋，200年的时间不降解。由于塑料制品具有较为稳定的化学性质，在自然界中难以被完全分解，因此，随着长年累月的不断使用和丢弃，废弃塑料制品又成为了严重威胁环境与生态的又一大污染源。特别是人们为了方便而大量使用一次性塑料制品。

为了解决这一大问题，现如今科学家们又努力研究可降解材料以代替塑料制品的缺陷。并且在科学家们不断努力下，各种可降解材料也出现在人们视线中。在众多的研究中，天然高分子材料更是在近年来脱颖而出，受到了人们的广泛的关注，天然高分子不仅可以在环境中被完全降解，其原料也具有可再生性。因此，以天然的生物高分子取代人工合成的高分子制备产品有着独特的优势。特别是纤维素这一天然高分子材料受到了科学家们的青睐，但是，由于天然高分子材料在结构的有序性方面与人工合成高分子材料有着较大的差别，因此其性能和实际应用仍存在着很大的局限。

随着科学家们的研究，纤维素这一蕴藏量大且符合环保的天然高分子材料慢慢进入视野且受到了科学家们的“关爱”，目前天然纤维产业主要在纺织领域，研发各种适于市场需求的物美价廉纺织产品及服装制品等，是纺织行业的主要目标之一。而天然纤维作为高分子来讲，研究它的化学改性及高分子资源的综合利用，是天然纤维资源另一方面的研究课题。但是天然纤维素由于其性能缺陷无法满足人们的生产要求。所以研究纤维素改性方法成为当下重要课题之一。传统的纤维素溶解方法因具有严重的环境污染性而逐渐被溶解性能好、无污染、易回收的新型纤维素溶解体系所替代。n-甲基吗啉-n-氧化物(nmmo)就是一种新型纤维素溶剂,溶解纤维素能力极强,其可以在较低的溶解温度快速溶解纤维素,整个溶解过程不会导致纤维素发生任何降解,制得膜的力学性能优良。但是这一方法所制得的纤维素其强度不能达到生产要求，科学家们发现通过电沉积来制备纤维素膜不仅大大提高其强度且方法设备简单、周期短、造价低廉。通过电沉积制备的纤维素膜因其分子在电场力作用下发生顺序排列，大大提高其强度。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

1. 探究用电沉积法使纤维素成膜的方法

2. 探究电沉积反应过程中各种条件的变化对所制纤维素膜结构的影响

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   3. 研究的方法与步骤

   1. 在了解羧甲基纤维素基本性质的基础上，使用电沉积法制备纤维素膜

   2. 在不同电沉积反应条件（电流、电压、溶剂、反应ph值及其浓度、溶液的离子强度）下对纤维素进行电沉积成膜

   3. 通过红外检测、电镜等方法对剥离后的薄膜进行结构和性能表征

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      4. 参考文献

      1. liujy, jiangth, hexin, etal. electrophoresisdepositionofflexibleandtransparentsilvernanowire/ graphenecompositefilmanditselectrochemicalproperties. [j]. journalofalloysandcompounds, 2018, 745: 370-377

      2. tianj, pengdf, liusl, etal. electrodepositionofagnanoparticlesonconductivepolyaniline/celluloseaerogelswithincreasedsynergisticeffectforenergystorage. [j]. carbohydratepolymers, 2017, 156: 19-25

      3. wusp, daixz, lisj, etal. highlysensitiveandselectiveion-impintedpolymersbasedonone-stepelectrodepositionofchitosan-graphenenanocompositesforthedeterminationofcr(vi). [j]. carbohydratepolymers, 2018,195:199-206

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         5. 计划与进度安排

         2022-02-25～2022-03-10：查阅文献，了解课题背景，完成开题报告；

         2022-03-11～2022-03-19：对纤维素进行处理，进行电沉积成膜；

         2022-03-20～2022-04-05：研究各个反应条件对成膜性的影响，并总结；

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