生物质纤维作为绿色环保材料具有来源广泛,具有可降解以及良好的生物相容性等诸多优点。目前国内外课题组已经开发了多种方法可获得生物质纳米纤维,其中包括纳米纤维素纤维(Cellulose Nanofibers)、蚕丝蛋白纳米纤维(Silk Nanofibers)和几丁质纳米纤维(Chitin Nanofibers)等,并对这些纳米纤维材料实现了功能化改性,使得生物质纳米纤维及其衍生物材料在许多热门领域得到了应用。本论文以从木材中获取的纳米纤维素为原料,围绕纳米纤维素的结构和功能特点,首先利用一种快速的方法制备了纳米纤维素水凝胶滤膜,这种低成本滤膜具有稳定的过滤效果;其次,制备了纳米纤维素/壳聚糖复合气凝胶材料,对复合气凝胶材料进行了系统的表征并测试了其油水分离效率;接着借助纳米蚕丝纤维的微细结构制备了一种具有密实结构的纳米纤维素/纳米蚕丝纤维复合膜;最后将纳米纤维素与一种功能性的基因重组丝蛋白类聚合物结合,制备出具有双重刺激响应性的双层复合膜材料。本论文主要工作如下:(1)以纳米纤维素为主要原料,通过简单的真空抽滤法快速地制备具有三维交织网络结构的纳米纤维素水凝胶滤膜,用于溶液中纳米颗粒的过滤分离。纳米纤维素水凝胶滤膜具有超亲水性和独特的多层高孔隙率结构的特点,水可以快速通过。纳米纤维素滤膜具有一定的耐压能力,且滤膜在对高浓度、大体积的纳米二氧化钛颗粒水溶液的过滤过程中能够始终保持稳定的水通量和高效的颗粒拦截效率。同时,对滤膜可有效拦截过滤金和银纳米颗粒的直径尺寸进行了评估。本研究将纳米纤维素水凝胶滤膜与其他18种已经报道的滤膜在原材料、过滤效率以及生物相容性等方面进行了比较。(2)采用冷冻干燥法,以纳米纤维素和壳聚糖为原材料制备了一种轻质、高孔隙率、具有三维网络结构的纳米纤维素/壳聚糖复合气凝胶材料。其中,纳米纤维素作为复合气凝胶的骨架结构单元能够与壳聚糖之间通过氢键的作用力相结合,赋予了复合气凝胶良好的力学压缩性能。通过调整纳米纤维素/壳聚糖复合气凝胶的质量分数和纳米纤维素的所占的含量,对复合气凝胶的力学性能进行了评价,同时将其与已报道的其他材料的气凝胶比压缩模量进行了比较。此外,本研究还对复合气凝胶的形貌特征、热稳定性能、水油分离的效率和承压能力以及生物相容性等性能进行了表征和测试。(3)通过乙醇诱导再生蚕丝蛋白溶液自主装法制备了均匀、稳定的纳米蚕丝纤维溶液,并将其与纳米纤维素溶液以一定的比例混合,利用真空抽滤法,制备了纳米纤维素/纳米蚕丝蛋白纤维复合膜。所制备的复合膜的厚度可以通过调控在制备过程中所用的复合溶液的体积而进行调整。纳米纤维素/纳米蚕丝蛋白纤维复合膜的厚度增加,可以有效地提高复合膜对小尺寸染料的过滤性能。表面带有负电荷的复合膜对带负电荷的染料有一定的吸附效果,从而提高对正电荷染料的过滤拦截效果。另外,本研究对纳米纤维素/纳米蚕丝纤维复合膜的生物相容性以及纤维素的酶降解性能进行了测试。(4)利用基因工程技术制备了具有环境刺激响应特性的合成丝-弹性蛋白-类蛋白聚合物重组蛋白,并通过酶交联反应制备了重组蛋白水凝胶。重组蛋白水凝胶的体积能够响应外界温度和盐离子浓度的变化而发生收缩,并具有稳定的回复性能。将重组蛋白水凝胶与真空抽滤法制备的纳米纤维素薄膜结合得到了具有双层结构的水凝胶复合膜体系,并对这种双层复合膜的温度和盐离子浓度的响应性进行了分析。双层复合膜能够敏感地响应温度和盐离子浓度的变化,并伴随着快速的形变。通过调整重组蛋白水凝胶的体积以及合理构建纳米纤维素薄的形状,能够控制双层膜体系的形变方向,以实现更加复杂和可控的制动行为。