我国是蚕丝生产和加工的大国,生丝产量占世界总产量的65%,蚕丝的生产加工过程中会产生大量的下脚料,蚕丝下脚料的再利用是重要的研究方向。丝素蛋白是蚕丝的重要组成部分,是一种天然蛋白质聚合物大分子,具有分子链柔顺,生物相容性好,容易成膜,可加工性好,以及易于分子改性等特点,在生物材料、医学、环境处理、纳米材料、功能材料等领域有重要的应用前景。丝素蛋白的提取及丝素生物膜材料的研究具有重要的理论意义和潜在的应用价值。但是,尽管丝素蛋白自身容易成膜,但也存在纯丝素膜在水中易溶胀溶解、耐碱性差、膜强度低以及制膜过程中膜结构不易控制等问题。本文以桑蚕丝为原料,研究了丝素蛋白的水解和提取分离技术,以丝素蛋白及其水解产物丝素肽为主要原料,以硅烷偶联剂为交联剂,并结合多壁碳纳米管(MWCNTs)及聚乙烯醇等材料,制备了不同的丝素基生物膜材料。合成了具有反应性基团的席夫碱化合物及可交联的含三嗪基团的季铵盐化合物,分别研究了席夫碱化合物和三嗪基团的季铵盐化合物对丝素基膜材料的修饰改性,并对所得丝素基膜材料的结构、性能以及对自由基的清除性能和对重金属离子的吸附行为进行了研究。(1)以Alcalase碱性蛋白酶对丝素蛋白进行水解以制备水溶性的丝素肽,通过单因素实验与正交实验优化的方法确定了酶水解丝素制备丝素肽的合适工艺为:丝素浓度4%(w/w),水解温度55℃,酶与底物之比为2%,ph为8.0,反应时间6h。以茚三酮比色法,测定了最佳酶水解工艺条件下丝素水解产物的水解度为18.3%。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法(sds-page凝胶电泳)测定了alcalase酶水解后制备的丝素肽的相对分子质量分布,主要分布在5~6.5kda之间。此外,丝素肽对二苯基苦肼基自由基(dpph自由基)的清除性能实验表明,丝素肽对自由基具有明显的清除性能,丝素肽清除溶液中50%的dpph自由基的用量(sc50)为1.85mg/ml。以丝素肽(sfp),氨基硅烷偶联剂(wd-50)和聚乙烯醇(pva)为原料制备了sfp/pva共混膜,研究了共混膜的力学性能、紫外溶失率及其自由基清除性能。结果表明,当硅烷偶联剂wd-50的用量为10%时,不同共混比例下sfp/pva共混膜的拉伸应力和断裂延伸率较未加入偶联剂之前得到不同程度的提升,与此同时共混膜的杨氏模量降低,表明偶联剂的加入可以改善sfp/pva共混膜的力学性能。sfp/pva共混膜中sfp与pva之间主要以氢键或范德华力发生相互作用。随着共混膜中sfp比重的增大,共混膜的自由基清除率逐渐增大,当sfp/pva的共混比例大于15/85时,sfp/pva共混膜对dpph自由基的清除率大于50%。(2)以含有环氧基的硅烷偶联剂kh560对丝素蛋白进行修饰改性,制备了水不溶性的sf/kh560复合膜。研究发现,复合膜的溶失率随着偶联剂kh560用量的增加而呈现快速降低的趋势,当增大偶联剂kh560用量为15%时,sf-kh560膜在水中的溶失率仅为2%,几乎不溶于水。通过对丝素膜的红外光谱图进行分峰拟合定量分析,计算了不同丝素膜中丝素蛋白各二级结构组分的相对百分含量。研究发现,硅烷偶联剂的加入会促使丝素蛋白的构象,由α-螺旋和无规卷曲/延伸链构象向β-折叠构象和侧链/聚集链结构发生转变。x-射线衍射分析表明,偶联剂的加入促使丝素蛋白的结晶形态由silki型向silkii型转变,进一步验证了atr-ftir的分析结果。研究了sf/kh560复合膜对金属离子co(ii)、ni(ii)、cu(ii)、cr(iii)、cd(ii)和pb(ii)的吸附性能,研究发现sf/kh560复合膜对cd(ii)和pb(ii)两种金属离子的吸附量较大,分别为11.8mg/g和14.7mg/g。以cd(ii)为研究对象,研究了sf/kh560复合膜对cd(ii)的吸附动力学,结果表明,sf/kh560复合膜对cd(ii)的吸附符合准二级动力学方程,说明sf/kh560复合膜对cd(ii)的吸附方式为化学吸附。(3)以3,5-二氨基苯甲酸为原料,合成并表征了一种新型含有偶氮共轭系统和交联反应性基团的配体,3,5-二[(2-羟基-4’-乙基磺酰硫酸钠)偶氮苯-次甲亚胺基]苯甲酸(配体z1),及其与mn2+、cu2+、co2+的金属配合物。研究发现,合成的化合物配体z1及其与mn2+、cu2+、co2+的金属配合物在水中具有良好的溶解性。采用紫外可见分光光度仪研究了各化合物在水中的光谱吸收性能,结果显示配体z1的最大吸收峰为402nm,而配合物co2z1、mn2z1、cu2z1的最大吸收峰则分别为380nm、382nm和378nm。通过配体z1及其金属配合物对h2o2的催化分解研究发现,z1对h2o2的分解无催化作用,而其金属配合物mn2z1、co2z1和cu2z1对h2o2的分解速率有很强的催化能力。其中金属配合物mn2z1催化分解h2o2的能力最强。当金属配合物mn2z1的用量为5mg/l,h2o2在40°c的条件下40min内基本上全部分解;金属配合物co2z1对h2o2的催化分解能力次之,其对h2o2的最终分解率可达到80%;金属配合物cu2z1催化分解h2o2的能力最小。以反应性化合物z1对水不溶性丝素膜进行了改性,通过扫描电镜-能谱仪(sem-eds)、红外光谱、紫外可见吸收光谱(uv-vis)研究表征了改性前后丝素膜表面的形貌及结构变化。通过eds能谱数据分析发现,由化合物z1改性后的膜m-sf/kh560表面有硫元素出现,其含量为0.33%,且改性后丝素膜表面氧元素和硅元素的含量降低。uv-vis测试结果表明,sf/kh560膜在440-800nm的透过率都在65%以上;对于改性后的m-sf/kh560膜,其在440-800nm范围内其透过率始终低于sf/kh560膜,且当照射波长低于500nm时m-sf/kh560膜的透过率急剧降低。(4)以sf和mwcnts为原料制备了水不溶性的sf/mwcnts杂化膜材料,研究了三嗪季铵盐改性前后sf/mwcnts杂化膜的性能。通过对杂化膜红外光谱图的分峰拟合和定量分析计算以及杂化膜的x-衍射分析发现,与纯丝素膜比较,sf/mwcnts杂化膜中的丝素蛋白构象由α-螺旋、无规卷曲/延伸链构象向β-折叠构象发生了转变。对sf/mwcnts杂化膜的力学性能的研究发现,当丝素蛋白用量为0.05g/ml、偶联剂用量为10%、碳纳米管用量为1%时,sf/mwcnts杂化膜的力学性能较好,此时膜的干态和湿态拉伸断裂强力分别为48.8 MPa和21.9 MPa,干态和湿态断裂延伸率分别为4.62%和58.8%,季铵盐改性后SF/MWCNTs杂化膜的拉伸断裂强力和断裂延伸率分别为20.8 Mpa和56.4%。