具有新型拓扑结构的纤维素衍生物的分子设计、合成及其气体渗透性能研究

本课题拟利用纤维素主链重复单元－葡萄糖环上2，3，6位羟基在均相反应体系中的不同反应活性，通过分子设计并结合新型反应介质和高效催化体系，在纤维素的主链上定向选择性地引入不同形状、尺寸和化学性质的取代基团，构建具有不同拓扑结构的纤维素衍生物。预计这种拓扑结构的变化将对纤维素材料的聚集态结构以及分子链段运动、自由体积等性能带来明显的改变，进而显著影响不同气体在这些纤维素衍生物膜材料中的渗透性能。本课题将系统研究取代基团的化学组成、体积以及取代度和取代基团分布等因素对材料的宏观物理性能的影响规律，进而研究这种取代基的化学性质与形状耦合的空间拓扑结构对不同性质的气体在新型纤维素膜材料中的透过性能的影响规律。申请者希望，通过本课题的研究，能加深对新型纤维素衍生物材料的结构与性能关系的认识，并为低成本、高效率地设计制造具有高渗透率、高选择性的新型气体分离膜材料提供理论指导。

本课题利用纤维素主链重复单元－葡萄糖环上2，3，6位羟基在均相反应体系中的不同反应活性，通过分子设计并结合新型反应介质和高效催化体系，在纤维素的主链上选择性引入不类型(形状、大小)和化学性质的取代基团，构建了具有不同拓扑结构的系列新型纤维素衍生物。系统研究了该系列纤维素衍生物的化学结构与物理性质的关系，结果表明纤维素衍生物拓扑结构的变化对纤维素材料的聚集态结构以及分子链段运动、自由体积等性能具有显著影响，获得了取代基团的化学组成、体积以及取代度和取代基团分布等因素对材料的宏观物理性能的影响规律。进一步地，我们考察了这种取代基的化学性质与形状耦合的空间拓扑结构对不同性质的气体在新型纤维素膜材料中的透过性能的影响规律，并获得了一系列对不同气体具有选择性透过的纤维素基气体分离膜，为低成本、高效率地设计制造具有高渗透率、高选择性的新型气体分离膜材料提供了理论指导。