全木质素衍生硬碳电极的制备及储钠性能研究

钠离子电容器结合了电池型负极的高能量密度和电容型正极的高功率密度,成为新一代储能器件,硬碳材料作为电池型负极,是当前的研究热点。本研究以制浆黑液为原料,通过提纯、预碳化和高温热解碳化制备木质素衍生硬碳材料,分析其石墨层间距、微晶结构等性质随碳化温度变化的规律,研究了木质素衍生硬碳电极的电化学性能及储钠机理。研究结果表明,随着碳化温度从800℃升高至1600℃,木质素衍生硬碳材料的石墨层间距从0.406 nm减小至0.378 nm,赝石墨层比例从52.69%升高至77.60%。此外,在木质素衍生硬碳电极充放电过程中,更多的Na^(+)在石墨层间嵌入和脱嵌,电极的平台容量从56.8 mAh/g提高至236.0 mAh/g;在斜坡容量变化不大的情况下,平台容量的大幅增加使木质素衍生硬碳电极的可逆容量高达333.7 mAh/g。根据恒电流间歇滴定技术(GITT)分析可知,Na+在木质素衍生硬碳电极中的存储机制符合“吸附-嵌入/填充”模型。

竹材草酸预水解过程木质素的溶出规律

为了探索用草酸预处理竹材制备溶解浆,该文用不同用量的草酸对竹材进行预水解,测定预水解过程竹材木质素含量的变化,用场发射扫描电镜(field emission scanning electron microscope,FE-SEM)观察水解后假木质素在竹纤维表面的分布状况,用核磁共振技术(cross polarisation/magic angle spinning carbon-13 nuclear magnetic resonance,CP/MAS 13C-NMR)分析木质素的结构变化。研究结果表明,在竹片草酸预水解过程中,竹片预水解得率将随着预水解时间的延长而下降,并且,草酸用量越大,得率下降越多。基于水解后竹材基质的木质素含量会随着预水解时间的延长而逐渐升高,并且,草酸用量越大,木质素含量升高越多;而基于竹材原料的木质素含量则随着预水解时间的延长先下降再增加,并且,草酸用量越大,增加的速率也越大。竹材木质素由于芳基醚键(β-O-4)断裂,酚型木质素含量提高。纤维素和半纤维素降解产物在预水解过程形成的假木质素类物质会以微球的形式附着在竹片表面。该研究可为探索竹材快速高选择性去除半纤维素的预水解方法提供参考。

竹子EMCC蒸煮的研究

对福建丛生小径竹进行了实验室模拟EMCC深度脱木素蒸煮的研究.结果表明,在实验室条件下,适宜的深度脱木素蒸煮条件是:浸渍段和顺流段活性碱用量14%(Na2O计),逆流段置换温白液浓度30 g.L-1(Na2O计),蒸煮最高温度160℃,硫化度25%.在最佳工艺条件下,实验室模拟EMCC蒸煮结果为:竹浆卡伯值12.5,细浆得率44.8%,粘度1 031 mL.g-1,并且具有比常规蒸煮条件所得竹浆更好的强度性能.在实验中也发现,为了得到较低卡伯值的竹浆,用增加逆流段置换药液的浓度进行蒸煮比提高蒸煮最高温度进行蒸煮具有更好的脱木素选择性,浆的强度性能较好.

竹子深度脱木质素蒸煮与常规硫酸盐法蒸煮的比较

为了提高竹浆性能和减少环境污染,对福建丛生小径竹进行了实验室模拟延伸改良连续蒸煮(EMCC)和常规硫酸盐法蒸煮(CKC)的研究。结果表明,EMCC蒸煮通过分段加入蒸煮药液和在逆流段进行药液置换,比CKC具有更高的脱木质素选择性。在蒸煮相同卡伯值的竹浆时,EMCC浆比常规硫酸盐浆(CK浆)具有更高细浆得率、较低粗渣率、更高粘度和更好强度性能。在相同的打浆度下,EMCC浆抗张指数、耐破指数和撕裂指数都比常规硫酸盐浆高。

蒽醌磺酸钠用于竹浆氧脱木素的研究

通过研究邻苯三酚自氧化体系产生的超氧阴离子自由基(O2.-)对EMCC竹浆卡伯值和黏度的影响,探讨了蒽醌磺酸钠在EMCC竹浆氧脱木素过程中的作用。研究表明,O2.-有助于脱除EMCC竹浆中的木素,而黏度降低很少;蒽醌磺酸钠能促进邻苯三酚自氧化体系中O2.-的产生和邻苯三酚与EMCC竹浆的反应,提高EMCC竹浆氧脱木素过程的木素脱除率及脱木素选择性。

深度脱木素竹浆氧脱木素工艺的优化

对深度脱木素竹浆氧脱木素的影响因素进行了研究。结果表明,影响深度脱木素竹浆氧脱木素的工艺参数有用碱量、温度、反应时间、氧气压力和MgSO4用量。从氧脱木素后竹浆卡伯值和黏度的变化考虑,深度脱木素竹浆氧脱木素的最佳工艺条件为:用碱量3%,温度90℃,反应时间80 min,氧压0.5 MPa,MgSO4用量0.5%。在此最佳工艺条件下进行氧脱木素,漂后竹浆具有较低的卡伯值和较高的黏度。研究结果也表明,深度脱木素竹浆氧脱木素,木素脱除率和黏度降低率都随着原浆卡伯值的降低逐渐减小。对于深度脱木素竹浆而言,应先以最佳蒸煮工艺条件蒸煮得到较低卡伯值竹浆,再进行氧脱木素漂白较适宜。与常规硫酸盐法竹浆相比,深度脱木素竹浆具有更好的氧脱木素效果,氧脱木素选择性更高。

氧脱木素过程中羟基自由基的控制(英文)

氧脱木素的主要问题是提高其脱木素选择性,而氧脱木素过程中产生的含氧自由基是影响其脱木素选择性的主要因素.而本文用改进的Fenton反应Co2+-H2O2体系产生羟基自由基(HO.),用茜素紫3B的氧化来显色测定HO..将Co2+-H2O2体系与深度脱木素竹浆进行反应,并通过添加HO.捕获剂来控制HO.的数量,研究HO.与竹浆中木素和碳水化合物的反应情况.把HO.捕获剂作为助剂用于深度脱木素竹浆氧脱木素过程,研究HO.的量对氧脱木素过程的影响.研究结果表明,HO.能与木素和碳水化合物发生反应,具有脱木素作用,但对碳水化合物的降解也较严重.HO.捕获剂具有清除HO.的作用,在氧脱木素过程中加入HO.捕获剂能减少碳水化合物的降解,提高氧脱木素选择性.

硫酸盐竹浆木素制备纸基聚氨酯复合材料

用酸析法从硫酸盐竹浆黑液中分离木素代替部分多元醇与TDI反应制备聚氨酯预聚体,再用制备的聚氨酯预聚体浸渍纸板制备纸基聚氨酯复合材料。对纸基聚氨酯复合材料的聚氨酯含量、吸水率、抗张强度、环压强度和湿强度进行了测定。结果表明,硫酸盐竹浆木素能够替代部分多元醇与TDI反应制备聚氨酯材料;纸基聚氨酯复合材料的强度性能得到很大的改善,抗张强度达300kN/m以上,湿强保留率近50%;纸基聚氨酯复合材料的最小吸水率为20.5%。

刨花垂直—倾斜半环组合对撞流干燥特性的研究

利用垂直—倾斜半环组合对撞流干燥的方法对刨花进行了干燥实验,研究了气流温度、气流质量流量、刨花初含水率和载带率对干燥过程的影响。实验结果表明:气流温度、气流质量流量、刨花初含水率和载带率是影响干燥效果的主要因素。在本实验范围内,提高气流温度、气流质量流量、刨花初含水率和载带率有利于干燥效果的提高。

丙烯酸/醋酸纤维素超滤膜的改性及制备

亲水性差、水通量低制约了醋酸纤维素膜在水处理等方面的应用。本研究以丙烯酸（AA）为单体对醋酸纤维素粉末进行亲水性接枝改性,以N-甲基吡咯烷酮（NMP）为溶剂,制备改性醋酸纤维素（CA-g-PAA）膜,并通过添加正硅酸乙酯增加膜的孔洞数量,进而提高膜的水通量。采用傅里叶变换红外光谱、静态接触角测试仪、扫描电镜对改性前后的醋酸纤维素膜的形貌结构、组成及其润湿性能进行表征与分析,并通过力学性能测试及透过性测试,考察改性后醋酸纤维素膜的机械强度及透过性的变化。结果表明：醋酸纤维素接枝丙烯酸单体后,醋酸纤维素膜的亲水性、机械性能及渗透性明显改善,而正硅酸乙酯的添加使得膜的孔洞数量增加,截留率略有下降,膜水通量显著提高。

竹纤维素的制备及其功能化材料研究进展

我国竹子资源丰富,产量大,但竹产业整体加工水平不高,传统竹产品技术含量低,市场竞争力弱。从竹纤维素利用的角度,综述了竹子纤维素的分离技术,包括预水解技术、蒸煮技术、漂白技术、漂白化学竹浆选择性去除半纤维素升级制备溶解浆技术;溶解技术,包括CS_(2)/NaOH溶剂体系、金属络合物溶剂体系、碱/尿素和碱/硫脲溶剂体系、NMMO/H_(2)O溶剂体系、离子液体溶剂体系、LiCl/DMAc溶剂体系及功能化利用技术方面的研究进展情况。根据竹纤维素具有可再生、可降解、生物相容性好、亲水性强、机械性能和耐热性能优良等特点,重点介绍了当前国内外利用竹纤维素制备高档纺织材料、过滤膜材料、生物医用材料和光电材料等方面的研究进展情况。最后,结合笔者的研究经历,就竹纤维素材料开发利用方面存在的问题及其未来研究重点和方向阐述了自己的观点,以期为探索绿色、低碳、环保的竹资源利用新技术,开发高技术含量和高附加值竹产品提供借鉴,促进我国竹产业结构升级转型和可持续发展。

溶解浆研究进展及发展前景

溶解浆是一种高纯度的化学浆,是黏胶纤维的主要生产原料。文章介绍了溶解浆的制备方法,包括预水解硫酸盐法、酸性亚硫酸盐法、有机溶剂法以及直接处理化学浆法,评价了不同制备方法所得溶解浆的性质,分析了溶解浆制备和生产过程中面临的关键技术问题,提出了解决方案,并对溶解浆厂实现生物质精炼模式的前景进行了展望。

丙烯酸/醋酸纤维素超滤膜的改性及制备

亲水性差、水通量低制约了醋酸纤维素膜在水处理等方面的应用。本研究以丙烯酸(AA)为单体对醋酸纤维素粉末进行亲水性接枝改性,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,制备改性醋酸纤维素(CA-g-PAA)膜,并通过添加正硅酸乙酯增加膜的孔洞数量,进而提高膜的水通量。采用傅里叶变换红外光谱、静态接触角测试仪、扫描电镜对改性前后的醋酸纤维素膜的形貌结构、组成及其润湿性能进行表征与分析,并通过力学性能测试及透过性测试,考察改性后醋酸纤维素膜的机械强度及透过性的变化。结果表明:醋酸纤维素接枝丙烯酸单体后,醋酸纤维素膜的亲水性、机械性能及渗透性明显改善,而正硅酸乙酯的添加使得膜的孔洞数量增加,截留率略有下降,膜水通量显著提高。

纤维素结晶度的测定方法

纤维素结晶度与纤维素物理化学性质密不可分,纤维素结晶度的测定方法随着现代分析技术的不断发展也在不断变化,本文介绍了天然纤维素结晶度的主要测试方法:X-射线衍射法、红外光谱法以及CP/MAS 13C-NMR法。

改性硅藻土吸附壳聚糖-胍盐微球及其在抗菌纸中的应用

采用离子交联法制备了壳聚糖-胍盐纳米微球复合抗菌剂,采用阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠对硅藻土进行改性,用改性硅藻土对壳聚糖-胍盐微球复合抗菌剂进行吸附,制备了改性硅藻土吸附抗菌剂,研究了硅藻土改性前后对壳聚糖-胍盐微球的吸附行为。红外光谱分析表明,壳聚糖与胍盐复合后没有产生新的特征峰,只是主要特征峰发生了位移,说明二者是通过物理交联而结合在一起。硅藻土对微球的吸附基本在10 min之内达到平衡,并且改性后的硅藻土对微球的吸附量有所增加。将含有硅藻土/壳聚糖-胍盐微球的涂料涂在纸张表面制备抗菌纸,由抗菌实验发现该抗菌纸对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有较好的抑制作用。

活性炭对离子液体的吸附研究

为提高离子液体利用率,降低其对环境造成的危害,研究了活性炭对离子液体1,3-二烯丙基-2-乙基咪唑醋酸盐的吸附效果,确定了活性炭用量、离子液体初始浓度、吸附温度、吸附时间等条件对吸附的影响,分析了无机盐硫酸钠的添加对吸附过程的影响,吸附结束后使用丙酮进行解吸再生。采用UV、FT-IR和1H NMR对吸附前后离子液体进行表征。结果表明,活性炭质量浓度8 g/L,温度30℃,吸附时间120 min条件下,活性炭对质量浓度为80 mg/L的1,3-二烯丙基-2-乙基咪唑醋酸盐水溶液的吸附效果最佳,无机盐硫酸钠的加入有利于活性炭对离子液体的吸附,使用硫酸钠后,活性炭对离子液体的吸附率可达99%以上,回收率可达93%,且再生后离子液体化学结构未发生变化。本研究结果可为离子液体工业化及回收利用提供依据。

纤维素的溶解及其成膜研究进展

纤维素膜亲水性高、渗透性好、耐污性强,是膜科学研究的热点。纤维素膜制膜的过程包括溶解和成膜。从水性溶剂体系和非水性溶剂体系两个方面阐述了近年来纤维素溶剂体系的研究现状,进而概述了制备条件对纤维素平板膜和中空膜的的影响,最后指出了纤维素膜的发展趋势。

绿竹蒸汽处理过程中戊聚糖溶出的新模型

在一定条件范围内对绿竹进行蒸汽处理,基于理论动力学模型获得的参数,建立其在该过程中戊聚糖溶出的新模型。结果表明,基于传统剧烈因子衍生的戊聚糖溶出预测模型并不适用。通过等温阶段戊聚糖移除动力学的研究,求得其溶出活化能和指前因子分别为48.1kJ.mol-1和4330min-1;将此活化能和'潜在移除度'引入戊聚糖移除率预测模型,同时采用数值算法累积计算升温阶段修正的剧烈因子,最终发现该修正模型可准确预测蒸汽升温和保温处理过程中绿竹戊聚糖的移除率(预测值和实验值之间相关系数的平方达97%)。该模型的建立对绿竹蒸汽处理过程中戊聚糖溶出率的预测和控制以及间接阐明该预处理方法对后续酶水解效率产生影响等方面具有一定的指导意义。

竹材高得率纸浆干燥及其复合材料的性能

分析了竹材高得率纸浆对撞流干燥的干燥特性 ,探讨了对撞流干燥对纤维形态、强度和分散性的影响 ,研究了对撞流干燥后竹材高得率纸浆增强聚酰胺树脂复合材料的性能。竹材高得率纸浆对撞流干燥适宜的工艺参数为气流速度 32 0m/s、浆料流量 2 40kg/h、干燥前浆料干度 2 0 %～ 2 5 %、气流温度高于 1 1 0℃。对撞流干燥后的竹材高得率纸浆具有较好的纤维分散性 ,其增强聚酰胺树脂复合材料主要性能比基体聚酰胺树脂、固定床干燥的竹材爆破浆增强聚酰胺树脂复合材料性能高。

纤维素/ZnO复合膜的制备及其性能研究

采用醋酸锌、乙醇和乙二醇甲醚比例为1 g∶200μL∶10 mL配制ZnO前驱体溶液,然后将其旋涂在湿纤维素膜表面,进一步通过退火处理获得性能优异的纤维素/ZnO复合膜,并以纤维素/ZnO复合膜为衬底制备透明导电膜。研究表明,提高退火温度,纤维素/ZnO复合膜的透光率呈现先降低后趋于平稳的趋势。当旋涂转速为2000 r/min,退火温度为23℃时,纤维素/ZnO复合膜的透光率高达89.6%,升高退火温度至160℃,复合膜的透光率降低至86.3%。退火温度和旋涂转速会影响纤维素/ZnO复合膜的热稳定性能,升高退火温度和旋涂转速会提高复合膜的热稳定性能。在80℃和2000 r/min的处理条件下,可以制备形貌比较均匀的纤维素/ZnO复合膜;与纤维素膜相比,以纤维素/ZnO复合膜为衬底制备的透明导电膜,其电阻降低约65%。