随着石化能源和石油基材料的使用,带来了严重的环境污染问题。近几年来,白色污染等环境问题越来越严重,人与环境之间的关系越来越严峻。因此,人们迫切的希望寻求一种环保再生资源来替代石油基资源。生物质资源不仅储量丰富还具有可以替代石油基资源的潜力,应用于材料、化工、能源等各个领域,在近几年受到了广泛关注。纤维素作为地球上储量最丰富的一种生物质资源,具有循环周期短、绿色环保、价格低、易于改性、生物相容性好等特性,被誉为是工业能源领域的主要替代资源之一。而且,纤维素分子上有大量游离羟基,可对其进行溶解及功能改性处理,制备特定功能的纤维素衍生物产品和纤维素基材料。本论文主要以棉短绒为原料,通过塑化、酰化等改性手段,制备了纤维素基膜、微球及水溶性纤维素酯,并以纤维素酯为原料制备了新型的凝胶及功能性膜材料,研究主要结论如下:采用棉短绒纤维为原料,采用1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AmimCl)为溶剂,并以山梨醇、丙三醇、羧甲基纤维素作为增塑剂来制备各项性能优异的纤维素增塑膜材料。结果表明经过溶解及再生后所有的纤维素膜样品的晶型结构都由纤维素I型转变到纤维素II型,同时结晶度值下降。增塑后膜样品表面更加均匀光滑,且热稳定性和疏水性能明显提高。与对照样相比,加入山梨醇、丙三醇、竣甲基纤维素的纤维素膜的机械强度分别提高了 43.5%,46.2%,58%。以棉短绒纤维为原料,在离子液体(AmimCl)中分别加入醋酸酐、苯甲酰氯、苯甲磺酰氯对纤维素进行改性处理,并制备各种纤维素衍生物的微球吸附材料。改性纤维素微球材料具有内部多孔结构,这更有利于染料的吸附作用。同时,改性以后的样品的吸附性能明显提高,达到吸附平衡时,经过苯甲酰氯改性样品对甲基橙的吸附量是对照样品吸附量的235%,并且可以在100 min内达到吸附平衡,动力学吸附过程可以用Langmuir伪二阶方程很好的拟合。另外,所有改性的吸附球材料都具有很好脱吸附-再吸附回用性能,经过3次回用测试以后,所有的纤维素吸附微球材料仍然能保持较高的吸附能力(>94.5%)。通过采用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐为纤维素溶剂溶解纤维素,并向溶剂体系中加入二氯乙酰氯改性制备二氯乙酰化纤维素,却意外的得到了低取代度(DS=0.3～0.6)且取代基分布均匀的水溶性纤维素醋酸酯(WSCA)。通过对反应机理分析和探究发现纤维素的乙酰化是由二氯乙酰氯和离子液体中的醋酸根反应得到的混合酸酐,再与纤维素反应得到的。核磁检测证明,得到的醋酸纤维素具有较高的聚合度,聚合度范围从650到680,且具有良好的水溶性。根据二维核磁共振表征发现,合成的纤维素醋酸酯主要结构包括6-单-O-乙酰化纤维素、3,6-二-O-乙酰化纤维素和2,6-二-O-乙酰化纤维素。通过HSQC核磁共振光谱分析整合取代在C-6,C-3和C-2位置上的峰面积可以得出结论,纤维素中羟基的相对活性为C-6>C-3>C-2。实验结果表明,所使用的离子液体不仅仅是作为纤维素溶剂,而且充当了改性试剂参与纤维素的乙酰化反应。以WSCA作为聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶的增强剂,制备了超韧超弹的WSCA/PAM复合水凝胶材料。当WSCA加入质量分数为0.1%时,复合水凝胶拉伸应变由231%提升到了 4020%,提高了 17倍。随着WSCA的加入量的持续提高,复合水凝胶的刚性增强。加入1%的复合水凝胶的裂断拉伸强度提升到了 297 kPa,提高了 1 1倍,这些复合凝胶还显示出对循环载荷的非凡的抗疲劳性,并且在卸载以后基本可以保持应力不衰减的同时恢复初始形状。通过对复合水凝胶的增强机理探究发现复合水凝胶机械性能的提高是源自于氢键网络和物理界面粘附之间的协同效应,这进而导致形成具有高韧性和拉伸能力的混合凝胶。以WSCA为成膜基体,加入不同质量百分比的还原氧化石墨烯(rGO)来制备WSCA/rGO复合功能膜材料进行了研究。所制得的复合膜材料具有光滑的表面结构,断面呈现规整的层状“砖-泥”结构,两者通过稳定的氢键结合作用连接在一起,形成稳定的复合膜结构。通过向WSCA膜中引入rGO片层结构,可以有效的提高复合膜的阻燃性能和抗热分解能力。随着rGO浓度的增加,rGO/WSCA复合膜的拉伸应力明显增加,当加入的rGO含量为1.875%时,复合膜的拉伸应力达到357 MPa,较WSCA膜提高了 4.6倍。所有的复合膜材料都具有优异的导电性能。