聚多巴胺辅助的多功能纤维素/蓖麻油纳米材料的制备及应用研究

The study of cellulose nanocrystals，which are extracted from cellulose，on the stability of Pickering emulsion and its application has attracted wide attention. In this project, we propose the design and preparation of magnetic and pH responsive castor oil-grafted-cellulose nanocrystals composite for developing the multifunctional Pickering emulsion system. The castor oil-grafted-cellulose nanocrystals composite, which can be prepared with polydopamine-assisted grafting of castor oil based biothiol, offers the ease of oil-water separation using a magnetic field, and allows for pH induced destabilization of emulsion droplets for the recovery of the oil phase and stabilizer. The reaction process of the grafting of castor oil onto the surface of polydopamine modified cellulose nanocrystals will be investigated and the reaction mechanism will be revealed. The oil-water separation mechanism of the Pickering emulsion will be investigated. This project aims at providing a new avenue for the high value utilization of the biomass resources of cellulose and castor oil, and lays theoretical and technical basis for further design and preparation of environment friendly multifunctional vegetable oil grafted cellulose based oil-water separation material.

从纤维素中提取的纤维素纳米晶体在稳定Pickering乳液及其应用的研究引起广泛关注。本项目提出对纤维素纳米晶体进行功能化设计，在聚多巴胺的辅助下，以巯基化蓖麻油为疏水改性剂，制备具有磁和pH响应性的多功能纤维素/蓖麻油纳米材料用于稳定Pickering乳液，并在外磁场作用下将Pickering乳液从连续相中高效分离，通过调节pH值促进乳液液滴破乳，从而实现油相的回收和纳米材料的循环使用。通过研究巯基化蓖麻油和聚多巴胺修饰的纤维素纳米晶体表面活性基团的接枝聚合行为，构建反应过程网络，揭示其反应机理。研究在磁场和pH值的双重作用下，多功能纤维素/蓖麻油纳米材料稳定的Pickering乳液体系中油水两相快速分离的过程机理。本研究将为我国丰富的生物质资源木质纤维素和蓖麻油的高值化利用提供了一条可行途径，同时为进一步设计和制备环境友好型多功能纤维素/植物油基油水分离材料提供技术支持和理论指导。

随着石化资源的日益消耗，开发和设计新型的生物质基功能材料对缓解石化资源供应紧张状况和促进生物质资源的高值化利用具有重要的意义。本研究利用聚多巴胺的高粘附性及可以与巯基发生二次反应的特性，在纳米纤维素表面成功修饰了巯基化蓖麻油，制备了纤维素/蓖麻油复合材料，对蓖麻油在聚多巴胺修饰的纳米纤维素表面的接枝机理进行了研究，并研究了其稳定Pickering乳液的性能；进一步利用聚多巴胺游离的氨基可与羧基发生缩合反应的特性，制备了多种脂肪酸修饰的纤维素/蓖麻油复合材料，对其结构性能进行了表征和分析，并将其用于稳定Pickering乳液；合成了磁性纳米纤维素，对其形貌、结构性能进行表征和分析，探讨了油水比、浓度、pH值等因素对其稳定Pickering乳液的影响，并在外磁场作用下实现了油水乳液的多次循环分离；对蓖麻油分子结构进行设计，合成了两种巯基化蓖麻油，通过紫外光引发的巯-烯反应，分别在多孔金属网和棉织物表面构筑了超疏水涂层，实现了油水混合物和油水乳液的高效分离。本项目的研究丰富了环境友好型油水分离材料的制备方法，也为纤维素和蓖麻油功能化利用提供了数据支持。