几丁质是自然界中最丰富的含氮生物质高分子聚合物,生物质高分子材料的纳米尺度化是制备兼具纳米材料优势和天然高分子优点的材料的方法。本论文以废弃蟹壳为原料提取纯化几丁质,重点研究表面羧基化修饰以及表面氨基化修饰调控制备几丁质纳米纤维及其纳米构造解析。传统的几丁质纳米纤维的制备需要先对几丁质进行改性修饰,再机械分散,应用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）触媒氧化体系（TEMPO/Na Br/Na Cl O氧化体系）在水相环境将几丁质中C6伯羟基选择性氧化为羧基基团,或应用高浓度碱溶液在高温条件下（30–35%的Na OH在90°C条件下反应4 h）将几丁质中C2乙酰氨基转化为氨基基团,分别对几丁质进行表面羧基化或氨基化修饰,继而在中性或弱酸性（p H3–4）条件下辅以机械处理即可制备几丁质纳米纤维分散液。但是,传统的TEMPO/Na Br/Na Cl O氧化体系不可避免会使用对环境有危害性的卤素,如溴化钠（Na Br）或次氯酸钠（Na Cl O）等。传统的热碱法不可避免会使用对环境有强污染性的碱液,反应过程中也涉及到高能耗,不益于绿色环保低碳高效的发展要求。针对TEMPO/Na Br/Na Cl O氧化体系和热碱法的这些缺点,寻找几丁质纳米纤维化工序中的优化或者替代方案,在环境保护和生物质可持续发展方面具有重要意义,同时对几丁质的高值化利用研究具有很高的学术价值和意义。本论文重点研究:（1）表面修饰法制备几丁质纳米纤维的过程优化,包括应用反应条件较为温和的中性TEMPO/Na Cl O/Na Cl O2代替并对比TEMPO/Na Br/Na Cl O氧化体系对几丁质进行氧化（表面羧基化修饰）制备几丁质纳米纤维,应用绿色环保的几丁质脱乙酰酶（CDA）代替具有环境污染性的传统热碱法对几丁质进行部分脱乙酰化（表面氨基化修饰）制备酶法部分脱乙酰几丁质纳米纤维,以及应用预处理结合表面氧化或部分脱乙酰化策略制备几丁质纳米纤维;（2）不同表面修饰方法调控制备的几丁质纳米纤维的构造解析,重点研究了预处理几丁质的结构性质,探究了多种预处理方法对几丁质和几丁质的TEMPO/Na Br/Na C l O及TEMPO/Na C l O/Na Cl O2氧化的影响,以及对几丁质纳米纤维制备的影响,从而评价不同预处理方法对制备几丁质纳米纤维的作用,以及不同表面修饰过程对几丁质纳米纤维表面基团、形貌特征等纳米构造的影响,提供可靠的几丁质纳米纤维精炼制备工序优化方案。与此同时,进一步探索了几丁质纳米纤维在组装材料（如薄膜材料或凝胶材料）方面的应用潜力,并对几丁质纳米纤维的尺寸效应在宏观薄膜或凝胶材料上的反映进行了初步探索。应用温和中性TEMPO/Na Cl O/Na Cl O2氧化体系（TNN）进行几丁质表面羧基化修饰,成功制备了氧化几丁质纳米纤维（TNN-Ch Ns）。纳米构造解析表明,通过TNN体系氧化的表面修饰调控能够在几丁质晶体表面成功引入羧基基团,最高羧基含量可达到0.695mmol/g,结合进一步的机械处理,可成功获得几丁质纳米纤维。TNN-Ch Ns宽度主要分布在20–24 nm之间,平均长度为1μm,具有高长径比特点。表面羧基解离产生的-COO-负电荷提供的静电排斥作用是促进几丁质纳米纤维剥离的重要原因之一。与TEMPO/Na Br/Na C l O（TBN）氧化体系相比,TNN体系在进行表面修饰化修饰的过程中对几丁质产生的降解作用更小,得率可以保持在90%以上,与TBN氧化制备的几丁质纳米纤维（TBN-Ch Ns）（平均宽度为16.67±7.9 nm以及平均长度为770±170 nm）相比,TNN-Ch Ns更宽、更长,长径比更高。基于TNN-Ch Ns制备的薄膜显示出了更好的柔韧性和延展性,并在薄膜制备过程中易于形成纤维定向的三维网络纳米结构。TNN-Ch Ns薄膜的杨氏模量为2603.4 MPa,拉伸应力为131.73±0.96 MPa,断裂伸长率为5.94±0.23%,优于TBN-Ch Ns薄膜的杨氏模量（1627.2 MPa）,拉伸应力（111.08±0.55 MPa）以及断裂伸长率（4.90±0.35%）。此外,基于TNN-Ch Ns的水凝胶的储能模量（G’）为1648 Pa,高于TBN-Ch Ns水凝胶的储能模量（546 Pa）。以上结果证明氧化几丁质纳米纤维的尺寸效应以及氧化几丁质纳米纤维制备功能材料过程中纤维的取向度是其薄膜和凝胶具备优异三维网络状纳米结构和宏观力学性能的主要原因。应用Acinetobacter schindleri MCDA01菌株进行发酵培养,成功获得了分子量约为31k Da的新型细菌源几丁质脱乙酰酶（CDA）,CDA酶活性最高可达150.09±1.66 U/m L。将发酵产生的含有CDA的粗酶酶液直接作用于蟹壳α-几丁质的表面脱乙酰化,进行表面氨基化修饰,并结合轻微机械处理成功制备了酶法部分脱乙酰几丁质纳米纤维（CDA-Ch Ns）。研究表明,EDTA和金属离子Fe3+,Ba2+,Sr2+,K+,Na+和Li+可提高酶的活性,而Co2+或Cd2+则抑制酶的活性。CDA酶活性的最适温度和最适p H为30°C和p H7.0,在此条件下,应用12000 U的CDA处理几丁质时,酶法部分脱乙酰几丁质的脱乙酰度（DDA）从原始几丁质原料6.46%增加到30.58%,其氨基化修饰程度达到了传统热碱处理的效果。酶法部分脱乙酰几丁质保持了原始几丁质的高结晶度,得率高于90%,这表明CDA介导的几丁质酶脱乙酰化改性发生在结晶几丁质原纤维的表面而没有破坏晶体结构。酶法部分脱乙酰几丁质纳米纤维（CDA-Ch Ns）的宽度主要分布在25–45 nm之间,长度超过数微米,与传统热碱法脱乙酰处理的几丁质纳米纤维相比,具有更宽、更长,具有更高长径比的特点。细菌源几丁质脱乙酰酶（CDA）在几丁质部分脱乙酰化上的应用为部分脱乙酰几丁质纳米纤维的生物精制提供了一条新途径,并且由于酶法表面部分脱乙酰几丁质纳米纤维（CDA-Ch Ns）具有独特的纤维尺寸和高长径比,使得CDA-Ch Ns在制备多功能材料方面具有一定的优势。为了进一步减少TEMPO触媒氧化进行表面羧基化修饰过程中的化学氧化剂的用量,应用甘油润胀预处理、水热法预处理、水冻融预处理和盘磨预处理作为预处理方案,分析不同预处理方法对α-几丁质结构性质,及其对几丁质的TEMPO触媒氧化（包括TEMPO/Na Br/Na C l O和TEMPO/Na C l O/Na Cl O2氧化体系）的影响,进而对几丁质纳米纤维制备及其纳米构造特征的影响,从而评价不同预处理方法对制备几丁质纳米纤维的过程调控机制,提供可靠的几丁质纳米纤维精炼制备工序的优化方案。研究结果显示:1)在TEMPO触媒氧化体系中,应用同等添加量的氧化剂进行反应,预处理可以显著提高氧化几丁质的羧基含量,说明预处理方法可以提高TEMPO触媒氧化效率。在获得一定羧基含量的氧化几丁质时,预处理有效减少了化学试剂（氧化剂）的消耗,同时降低了几丁质的降解作用,提高了生物质资源的有效利用。2)通过减少TEMPO触媒氧化体系中Na Cl O的使用量,可以减轻Na Cl O引起的对几丁质的降解作用,所以,通过预处理和TEMPO氧化结合,可以成功获得具有较高回收率的高羧基含量的氧化几丁质纳米纤维。3)盘磨预处理在本论文所研究的预处理方法中优势明显,轻微盘磨预处理结合低剂量氧化剂的TEMPO触媒氧化可以高效地单离制备几丁质纳米纤维,盘磨预处理对几丁质原料的尺寸细化作用是提高后续TEMPO触媒氧化效率以及高效制备几丁质纳米纤维的关键因素。盘磨预处理因为实现了几丁质原料的尺寸细化而成为预处理方法中最为有效的手段之一,因此,本论文进一步通过应用尺寸效果更明显高效的水相对撞冲击法（ACC）实现几丁质原料的微米/纳米化,进而与TEMPO/Na Br/Na Cl O氧化相结合,解析几丁质的微米/纳米尺寸化对其氧化效果的影响,并解析其纳米构造。应用水相对撞冲击法（ACC）与TEMPO/Na Br/Na Cl O氧化体系相结合的方法,成功制备了ACC法几丁质纳米纤维（ACC-Ch Ns）以及氧化的ACC法几丁质纳米纤维（Oxi-ACC-Ch Ns）。研究结果表明,应用水相对撞冲击法（ACC）对几丁质进行微米/纳米化的劈裂粉碎,可显著提高几丁质的TEMPO氧化效率,通过减少化学氧化剂用量实现几丁质的高效氧化,可有效减轻TEMPO氧化体系对几丁质的降解作用,这为绿色环保制备表面羧基化修饰的几丁质纳米纤维提供了新的方案。与此同时,对ACC法处理获得的几丁质纳米纤维进行表面氧化,有效地引入羧基基团,实现了对纳米尺寸的几丁质（几丁质纳米纤维）的表面羧基化修饰,进而可实现几丁质纳米纤维的再次功能化。基于ACC几丁质纳米纤维（ACC-Ch Ns）以及氧化的ACC几丁质纳米纤维（Oxi-ACC-Ch Ns）制备的薄膜材料具有良好的柔韧性和延展性。表面氧化具有羧基负电荷的几丁质纳米纤维可以用来制备水凝胶材料。与传统方法制备的氧化几丁质纳米纤维（TBN-Ch Ns）水凝胶相比,氧化的ACC几丁质纳米纤维水凝胶具有更好的机械性能。综上所述,论文研究结果表明,通过调控表面修饰过程可以调控几丁质纳米纤维的表面基团以及尺寸形貌等纳米构造特征。较为温和的中性TNN体系氧化处理（表面羧基化修饰）以及绿色环保的CDA脱乙酰处理（表面氨基化修饰）能够获得比传统TBN氧化体系处理以及热碱处理更宽、更长、更高长径比的几丁质纳米纤维,进而获得性能更为优良的薄膜和凝胶材料。预处理可以有效提高TEMPO触媒氧化的效率,与此同时,降低体系中化学氧化试剂的用量,其中,具有尺寸细化作用的盘磨以及ACC预处理对后续氧化的促进效果最为明显。预处理策略的引入不仅可以优化后续氧化过程,而且可以改变几丁质纳米纤维的纳米构造特征,与此同时,后续TEMPO触媒氧化也可以实现几丁质纳米纤维的再次表面羧基化修饰与功能化梳理。论文研究将为调控制备几丁质纳米纤维及其高值化利用研究提供基础理论和方法基础,将为实现几丁质纳米纤维可能的产业化应用提供低化学试剂用量、低成本、低污染的几丁质纳米纤维制备方法方面的技术支撑,在环境保护和生物质可持续发展方面具有重要意义。