細(xì)菌纖維素功能材料及其工業(yè)應(yīng)用

前言

生命科學(xué)和材料科學(xué)相互交叉衍生出生物功能材料。其中，細(xì)菌纖維素功能材料是當(dāng)今生物技術(shù)和材料科學(xué)發(fā)展的前沿之一。20世紀(jì)90年代開始，我們一直從事細(xì)菌纖維素高產(chǎn)菌種的篩選和誘變，細(xì)菌纖維素發(fā)酵及其在燃料電池、一維納米雜化材料等方面的研究工作。我們緊跟國際上的發(fā)展動(dòng)態(tài)和研究前沿，在細(xì)菌纖維素功能化及其應(yīng)用方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。目前，尚無有關(guān)細(xì)菌纖維素功能材料的專著出版，但細(xì)菌纖維素功能化研究日顯重要，受到各國科學(xué)家的高度關(guān)注。為此，我們經(jīng)過長期的醞釀、思考，編著了本書，意在為讀者提供細(xì)菌纖維素功能材料及其應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)第一個(gè)較為系統(tǒng)全面的專題研究框架。以此為出發(fā)點(diǎn)，本書共包括7章，分別介紹細(xì)菌纖維素研究的不同方向。特別是在功能材料章節(jié)（第4章和第5章），對專題研究意義做全面介紹的同時(shí)，也對該專題的最主要技術(shù)進(jìn)行細(xì)致的探討，并討論其在商業(yè)方面的應(yīng)用前景及實(shí)驗(yàn)方面亟待解決的難題。本書涉及生物化學(xué)、分子和細(xì)胞生物學(xué)、電化學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)以及界面化學(xué)等相關(guān)學(xué)科，希望能幫助讀者在細(xì)菌纖維素功能材料的研究上形成一個(gè)全方位的感知。本書注重生物技術(shù)和納米科學(xué)的高水平交叉，二者的交叉形成了本書的主體骨架。本書的完成得到許多同行的幫助，特別感謝南京大學(xué)黃以能和南京理工大學(xué)陸路德兩位教授在其研究領(lǐng)域?qū)Ρ緯岢隽酥匾ㄗh。本書的撰寫工作還得到于俊偉、周伶俐、李駿三位博士生和徐小鳳、周浩、李亞偉、朱春林、殷智超、馬波等碩士生的支持，在此一并感謝。全書引用了大量國內(nèi)外的研究成果，鑒于全書統(tǒng)籌安排的需要，有些數(shù)據(jù)在進(jìn)行了重新整理后加以引述，在此也向所有相關(guān)作者表示謝意！

內(nèi)容概要

本書對細(xì)菌纖維素羥基與小分子以及與納米粒子間的相互作用原理及最新的發(fā)展動(dòng)向和成果做了較為詳細(xì)的歸納總結(jié)，主要包括細(xì)菌纖維素的制備以及雜化細(xì)菌纖維素納米纖維、功能性細(xì)菌纖維素膜、硝化細(xì)菌纖維素等細(xì)菌纖維素功能材料的相關(guān)研究成果。    本書適合生物工程、天然高分子化學(xué)、材料化學(xué)和物理、界面化學(xué)及生物材料等相關(guān)領(lǐng)域的科研人員和研究生閱讀參考。

書籍目錄

前言第1章　概述　參考文獻(xiàn)第2章　細(xì)菌纖維素的制備　2.1　菌種　　2.1.1　細(xì)菌纖維素產(chǎn)生菌的種類及特點(diǎn)　　2.1.2　國內(nèi)產(chǎn)細(xì)菌纖維素菌株的分離和改良　　2.1.3　國外產(chǎn)細(xì)菌纖維素菌株的分離和改良　　2.1.4　傳統(tǒng)馴化法選育　　2.1.5　基因工程法改良　2.2　培養(yǎng)基成分　2.3　發(fā)酵條件　　2.3.1　O2分壓和COz分壓　　2.3.2　pH和溶氧　　2.3.3　溫度　2.4　發(fā)酵方式　　2.4.1　靜置培養(yǎng)和搖瓶振蕩培養(yǎng)　　2.4.2　新型發(fā)酵工藝及生物反應(yīng)器　　2.4.3　發(fā)酵操作方式　2.5　提取和純化　2.6　發(fā)酵動(dòng)力學(xué)　　2.6.1　發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的動(dòng)力學(xué)模型　　2.6.2　溶氧的發(fā)酵動(dòng)力學(xué)影響模型　參考文獻(xiàn)第3章　細(xì)菌纖維素/水分子作用域　3.1　引言　　3.2　細(xì)菌纖維素與水分子相互作用的微觀表征　　3.3　研究細(xì)菌纖維素與水分子作用的意義　參考文獻(xiàn)第4章　雜化細(xì)菌纖維素納米纖維　4.1　引言　4.2　親水性Pd-Cu/BC化學(xué)脫氮催化劑　　4.2.1　研究意義　　4.2.2　Pd-Cu/BC的制備　　4.2.3　Pd-Cu/BC的微觀表征　　4.2.4　Pd-Cu/BC的性能測試　　4.2.5　常見-維載體負(fù)載Pd-Cu的催化性能對比　　4.2.6　Pd-Cu/BC的脫氮機(jī)制　4.3　燃料電池用高催化活性Pt/BC　　4.3.1　研究意義　　4.3.2　Pt/BC的制備　　4.3.3　Pt/BC的結(jié)構(gòu)表征　　4.3.4　Pt/BC的電化學(xué)活性測試　　4.3.5　燃料電池的組裝及性能測試　　4.3.6　細(xì)菌纖維素與殼聚糖燃料電池的性能對比　4.4　TiO2雜化納米纖維　　4.4.1　研究意義　　4.4.2　人造纖維基雜化TiO2納米纖維　　4.4.3　天然纖維基無機(jī)雜化納米纖維　4.5　CdS/BC雜化納米纖維　　4.5.1　研究意義　　4.5.2　CdS/BC的制備　　4.5.3　CdS/BC的表征　4.6　一維雜化材料展望　參考文獻(xiàn)第5章　功能性細(xì)菌纖維素膜　5.1　引言　5.2　抗菌性納米Ag/BC　　5.2.1　研究意義　　5.2.2　納米Ag/BC的制備　　5.2.3　納米銀顆粒大小的影響因素　　5.2.4　納米Ag/BC的表征　　5.2.5　納米Ag/BC的抗菌性能　　5.2.6　納米Ag/BC的持液性能　　5.2.7　小結(jié)　5.3　納米Pd/BC膜　　5.3.1　研究意義　　5.3.2　Pd/BC復(fù)合膜的制備　　5.3.3　Pd/BC復(fù)合膜的微觀表征　　5.3.4　小結(jié)　5.4　CNT/BC導(dǎo)電復(fù)合膜　　5.4.1　研究意義　　5.4.2　CNT/BC的制備　　5.4.3　CNT/BC的制備機(jī)制　　5.4.4　小結(jié)　5.5　ITO/BC透明導(dǎo)電膜　　5.5.1　研究意義　　5.5.2　實(shí)驗(yàn)設(shè)備　　5.5.3　ITO/BC的制備　　5.5.4　ITO/BC膜的微觀表征　　5.5.5　器件組裝　　5.5.6　展望　5.6　細(xì)菌纖維素音響膜　　5.6.1　細(xì)菌纖維素作為聲學(xué)材料的意義　　5.6.2　細(xì)菌纖維素膜結(jié)構(gòu)對其楊氏模量的影響　　5.6.3　細(xì)菌纖維素培養(yǎng)方式及后處理對其楊氏模量的影響　　5.6.4　展望　5.7　細(xì)菌纖維素滲透汽化膜　參考文獻(xiàn)第6章　硝化細(xì)菌纖維素　6.1　引言　6.2　細(xì)菌纖維素與植物纖維素的比較　6.3　硝化方法介紹　　6.3.1　硝酸硝化　　6.3.2　硝硫混酸硝化　　6.3.3　無機(jī)鹽存在下的硝酸硝化　　6.3.4　其他硝化方式　　6.3.5　硝化細(xì)菌纖維素的合成　　6.3.6　硝化細(xì)菌纖維素的性能測試　6.4　硝化纖維素的應(yīng)用　　6.4.1　硝化纖維素在發(fā)射藥上的應(yīng)用　　6.4.2　硝化纖維素的其他用途　　6.4.3　硝化細(xì)菌纖維素與硝化棉的對比　6.5　小結(jié)　參考文獻(xiàn)第7章　細(xì)菌纖維素在其他方面的應(yīng)用　7.1　引言　7.2　吸附劑　　7.2.1　吸附能力　　7.2.2　細(xì)菌纖維素黃原酸酯　　7.2.3　細(xì)菌纖維素硫酸酯　　7.2.4　2-羥基-3-磺酸基丙基細(xì)菌纖維素醚　　7.2.5　乙二胺螯合細(xì)菌纖維素　　7.2.6　多乙烯多胺型細(xì)菌纖維素　　7.2.7　改性細(xì)菌纖維素分類　　7.2.8　小結(jié)　7.3　增強(qiáng)材料　　7.3.1　造紙　　7.3.2　小結(jié)　7.4　可降解塑料　　7.4.1　淀粉可降解塑料　　7.4.2　聚乳酸可降解塑料　　7.4.3　小結(jié)　7.5　膳食纖維　　7.5.1　細(xì)菌纖維素持水量與膨脹性的測定　　7.5.2　細(xì)菌纖維素對毒素的吸附實(shí)驗(yàn)　　7.5.3　膳食纖維在食品工業(yè)中的應(yīng)用　　7.5.4　小結(jié)　7.6　纖維素紡絲　　7.6.1　溶劑體系介紹　　7.6.2　纖維素紡絲　7.7　纖維素液晶材料　7.8　細(xì)菌纖維素在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用　　7.8.1　醫(yī)學(xué)敷料　　7.8.2　人造血管　　7.8.3　人造骨骼　　7.8.4　固定化技術(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：2.4發(fā)酵方式2.4.1靜置培養(yǎng)和搖瓶振蕩培養(yǎng)培養(yǎng)方式對纖維素的產(chǎn)量、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有顯著影響。細(xì)菌纖維素的培養(yǎng)方式有靜置培養(yǎng)和搖瓶振蕩培養(yǎng)，可根據(jù)細(xì)菌纖維素的用途選擇合適的培養(yǎng)方式。靜置培養(yǎng)時(shí)，細(xì)菌纖維素在發(fā)酵液表面產(chǎn)生一層厚的凝膠膜，其產(chǎn)量受容器表面積、裝液體積等影響。當(dāng)盛放培養(yǎng)液的容器表面積一定時(shí)，隨液層厚度的增加，溶氧減少，從而抑制菌體產(chǎn)纖維素。振蕩培養(yǎng)時(shí)纖維素呈不規(guī)則的絲狀、星狀、絮狀或團(tuán)塊狀分散于發(fā)酵液中，但搖瓶振蕩培養(yǎng)的纖維素易結(jié)團(tuán)，且菌株易突變?yōu)椴划a(chǎn)纖維素菌，致使纖維素產(chǎn)量下降。Sun等[69,70]對不同發(fā)酵方式產(chǎn)生的纖維素的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)進(jìn)行了研究，SEM分析顯示靜置培養(yǎng)和發(fā)酵罐培養(yǎng)得到的纖維素均具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但靜置獲得的纖維素絲帶相互纏繞且層狀重疊，更加致密，絲帶更細(xì)；FTIP分析知攪拌不改變纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但能減弱分子間氫鍵；XRD分析可知靜置培養(yǎng)的纖維素具有更高的結(jié)晶指數(shù)、Iα型晶體含量和更大的晶粒尺寸，但不改變晶型，仍為纖維素I型，說明攪拌會(huì)干擾纖維素初始纖絲的結(jié)晶，有利于形成更小的晶粒和較Iα型穩(wěn)定的Iβ型。與棉纖維素相比，靜置培養(yǎng)獲得的纖維素?zé)岱€(wěn)定性更好，而發(fā)酵罐培養(yǎng)獲得的纖維素則阻燃性更好。圖2-1是周伶俐[14]利用木醋桿菌NUST4.1菌株在兩種培養(yǎng)方式下得到的細(xì)菌纖維素的掃描電鏡照片，發(fā)現(xiàn)兩者均具有許多纖維絲帶相互纏繞而形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但絲帶和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有明顯差異，低倍數(shù)下觀察發(fā)現(xiàn)，靜置培養(yǎng)得到的纖維絲帶緊密纏繞，高倍數(shù)下觀察到這些絲帶層狀重疊，絲帶較均勻，并具有孔洞結(jié)構(gòu)；而搖瓶振蕩培養(yǎng)得到的纖維絲帶像一層膜覆在表面，有朝向某個(gè)方向的跡象，并且比靜置纖維素膜更加致密。此外，靜置培養(yǎng)得到的纖維絲帶寬度比搖瓶振蕩得到的纖維絲帶稍粗些，不過靜置得到的纖維絲帶寬度比文獻(xiàn)[71]報(bào)道的小1／2左右，搖瓶振蕩得到的結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道接近，而且其纏繞程度和紊亂程度不同。

編輯推薦

《細(xì)菌纖維素功能材料及其工業(yè)應(yīng)用》是由科學(xué)出版社出版的。

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