麻栎木热解过程的热质变化行为及其动力学

为了解麻栎木热解特性,采用TGA/DSC同步热分析仪对其热解过程的失重机制和热行为进行了研究,采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法计算了该过程的表观活化能,通过Malek方法得到了麻栎木热解最概然机理函数。研究结果表明:麻栎木的热解过程分为干燥、预热、挥发分析出和炭化4个阶段,在挥发分析出阶段质量损失最大,达71.24%。麻栎木热解过程既包括吸热反应也包括放热反应,随着升温速率的增加,其TG曲线和DTG曲线均向高温方向移动。FWO法和KAS法计算得到的表观活化能(E)范围分别为226.79~258.17 kJ/mol和229.22~260.8 kJ/mol,相关系数(R^(2))均在0.94以上,E随转化率变化趋势一致。Malek法计算结果表明:麻栎木热解机理在转化率小于0.5时符合三维扩散机理(Jander方程);在转化率大于0.5时符合成核生长机理(Avrami-Erofeev方程,n=3/2)。

生物质水热液化研究进展

水热液化技术可处理高含水率生物质且无需脱水等高耗能环节,具有良好的经济性与工业应用前景,已成为一种极具潜力的生物质能源利用方式。本文综述了生物质组分水热液化的机理,并对其应用生产进行了概述。回顾了生物质水热液化的研究历程,重点阐述纤维素、半纤维素、木质素、脂质和蛋白质等生物质的主要组分结构和水热液化反应机理,以及生物质水热液化反应器的工艺流程,明确了生物质水热液化存在的问题并对其发展方向进行展望。

乙酰丙酸环氧甘油单酯缩酮乙酯的合成及其增塑性能

以乙酰丙酸乙酯、甘油、油酸等大宗生物基化学品为原料,通过酯化反应、缩酮反应及环氧化反应初步制备了一种潜在具有增塑性能的新型化合物乙酰丙酸环氧甘油单酯缩酮乙酯(ELMG),并将其与聚氯乙烯(PVC)、环氧大豆油(ESO)、硬脂酸盐压制成膜,通过FT-IR、XRD、DSC、万能试验机等探讨了合成工艺对ELMG结构的影响,以及ELMG的添加对PVC膜的性能的影响。研究结果表明:采用先缩酮反应,再酯化反应,最后环氧化反应可制得ELMG;ELMG对PVC结晶具有一定的破坏,且与ESO复配使用后效果得到显著提升;ELMG复配ESO可明显提高PVC薄膜的塑化性能,其中50%ELMG增塑的ELMG50/PVC薄膜的断裂伸长率为316.5%,达到了ESO/PVC薄膜的98%,拉伸强度为24.63 MPa,达到了ESO/PVC薄膜的89%。ELMG复配ESO使PVC薄膜的迁移性也得到了明显的改善,其中ELMG50/PVC薄膜在大豆油中的质量损失率为0.71%,仅为ESO/PVC薄膜的67%。

固定化酶催化合成EPA/DHA型磷脂的研究

以大豆卵磷脂和富含二十碳五烯酸(EPA)/二十二碳六烯酸(DHA)的鱼油为底物,在固定化磷脂酶A_(1)(PLA_(1))的催化作用下,制备EPA/DHA型磷脂(EPA/DHA-PLs)。考察了PLA_(1)的固定化酶用量、水用量、反应温度、底物鱼油与磷脂质量比对EPA/DHA-PLs制备的影响,并通过响应面法分析了影响EPA/DHA-PLs合成的关键因素。研究结果表明:EPA甲酯保留时间约为54.594 min,DHA甲酯保留时间约为69.317 min,原料鱼油中EPA和DHA的总量为83.27%。EPA/DHA-PLs合成的最佳反应条件为:固定化PLA_(1)的添加量为21.81%(以底物鱼油/磷脂的总质量为基准),鱼油与磷脂质量比为5.45∶1,反应温度为54.3℃,水用量为1.08%(以底物的总质量为基准)。在此条件下,EPA/DHA的最大结合率可达65.5%。固定化PLA_(1)经5次重复使用后,剩余的酶活性仍不低于52.3%。

木质素降解菌的筛选及其对酒糟的预处理研究

为解决生物质炼制过程中木质素的生物抗性,本研究筛选出一株木质素降解菌,用其对酒糟进行预处理,并使用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、Zeta电位与纳米粒度仪、低场核磁共振分析仪和热重分析仪对预处理前后酒糟的微观结构与理化性质进行表征。结果表明:这株木质素降解菌是栓菌属,将其命名为Trametes sp.SCU31(T.sp.SCU31)。T.sp.SCU31能够高效降解酒糟中的木质素,可使酒糟中33.86%酸不溶木质素与50.88%酸溶木质素发生降解。经T.sp.SCU31预处理后的酒糟表面布满孔洞与碎片,更多的纤维束暴露出来,显著增加了纤维素酶的可及性,这些结果表明T.sp.SCU31预处理能够高效降解木质素,破坏木质纤维的抗性。

靛蓝提取物中靛蓝和靛玉红的分析方法比较

以靛膏为原料,采用盐酸酸化、葡萄糖还原和乙酸乙酯提取3种工艺制备靛蓝酸化物、靛蓝还原物和乙酸乙酯提取物。建立高效液相色谱(HPLC)法、紫外可见分光光度(UV)法和双波长紫外分光光度(dW-UV)法,分析3种靛蓝提取物中靛蓝和靛玉红的含量,并以Kolmogorov-Smirnov检验、Bland-Altman偏差图比较和Spearman检验确定3种样品各自最佳分析方法。结果表明:所建立的HPLC法、UV法和dW-UV法简单、准确、灵敏度高、稳定性好和重复性好。3种靛蓝提取物成分含量检测方法均遵从正态分布,两两测定值存在显著差异。UV法更适于分析靛蓝酸化物、靛蓝还原物中靛蓝含量;HPLC法更适于乙酸乙酯提取物中靛蓝、靛玉红含量分析。

基于香草醛的热固性树脂研究进展

香草醛是一种可由木质素磺酸盐生产的单芳香化合物,其化学结构独特,已成为生物基材料领域研究热点。本文首先介绍了基于香草醛的热固性高分子材料包括环氧树脂、苯并噁嗪、酚醛树脂、丙烯酸树脂等研究进展,着重论述了基于香草醛特征结构进行化学转化以及制备交联结构产物的过程。进而,本文总结了含有动态共价键的香草醛基热固性材料研究进展。香草醛的醛基有利于缩醛、亚胺、硫缩醛等动态化学基团的引入,而通过交联体系的选择可有效引入动态二硫键、D-A加成键及β-羟基酯基团。在总结香草醛基热固性材料的特点及发展应用的基础上,本文展望了香草醛基热固性树脂在原料获取、产品制备、回收利用及有效降解等方面可持续性所面临的挑战。

木质素及其衍生物在木材胶黏剂中应用研究进展

以天然可再生资源替代传统化石资源开发绿色环保、性能优异的木材胶黏剂是人造板行业研究的热点。木质素来源广泛、价格低廉,且分子结构中含有羟基、甲氧基、羧基等活性基团,易于功能化修饰,是合成木材胶黏剂的理想原料。本文重点综述了木质素及其衍生物在酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、聚氨酯等合成树脂木材胶黏剂中的应用与研究现状,介绍了化学改性、降解、溶剂分级纯化等预处理方式对木质素化学反应活性及合成树脂胶黏剂力学性能的影响,探讨了木质素基木材胶黏剂目前发展面临的困难和挑战,并展望了未来应用及研究方向,以期为木质素资源的高效、高值化综合利用及高性能生物基木材胶黏剂的开发提供理论与技术参考。

纳米纤维素的制备及功能应用

本文概述了纳米纤维素的多层级结构特点,介绍了目前通过多层级结构拆解制备纳米纤维素的方法,有机械法、化学法、生物法和机械化学法,并对各种制备方法的优缺点进行了讨论。同时本文对纳米纤维素分级结构的重组及其功能应用进行了总结,重点介绍了纳米纤维素在生物矿化过程中的调控作用、对凝胶材料及复合材料的强度增强作用以及在新兴智能电子器件方面应用的最新进展,对纳米纤维素的制备途径、结构重组方法和功能应用前景进行了展望,提出了将其与超分子结合构筑功能性超分子聚合物的设想,并指出了纳米纤维素的绿色高效制备及功能应用方面需要解决的主要问题及今后的发展方向。

生物质炭材料活化过硫酸盐降解有机污染物的研究进展

作为经济、易得的含碳材料,生物质炭已应用于高级氧化领域。以硫酸根自由基为基础的高级氧化工艺是降解有机污染物的有效方法之一。本文综述了过硫酸盐的特点及其氧化降解有机污染物的反应原理,重点分析了生物质炭材料的非金属改性(氮掺杂、硼掺杂和硫掺杂)、金属改性、表面修饰等改性方式对其活化过硫酸盐降解有机污染物的影响,讨论了生物质炭基催化剂对典型有机污染物的降解效果与机理,并展望了生物质炭基材料在活化过硫酸盐降解有机污染物领域的技术挑战和发展前景。

竹屑液化残渣改性高吸水树脂的制备及其性质研究

为验证竹屑液化残渣(BLR)作为纤维素来源用于制备改性高吸水树脂的可行性,本研究通过微波辐照法,以过硫酸钾(KPS)为自由基引发剂,在交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的作用下,将竹屑液化残渣(BLR)、丙烯酸(AA)、聚乙烯醇(PVA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)进行四元共聚反应制备BLR改性高吸水树脂(BLR-P(AAAMPS)/PVA),采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)仪、热重分析(TG)仪和场发射扫描电子显微镜(SEM)对产物结构和形貌进行表征,并通过单因素试验和正交试验优化制备工艺。研究结果表明:BLR的加入增加了BLR-P(AA-AMPS)/PVA树脂内部多孔结构,树脂的吸水性能明显改善。树脂的较佳制备工艺条件为BLR用量0.35 g,微波辐照功率500 W,微波辐照时间12 min,KPS用量0.6%,MBA用量0.1%,AA中和度85%,PVA用量1.5%,该条件下制备的树脂其吸蒸馏水倍率最高可达1526 g/g,吸0.9%(质量分数)氯化钠的倍率可达114 g/g,在5000 r/min时离心保水率达到60%,吸水过程符合二级动力学模型。

竹材微炭化干燥工艺中液体产物特性分析

在固定床反应器上采用微炭化工艺干燥处理竹材,并对干燥尾气进行冷凝回收,探讨微炭化干燥工艺对竹材干燥冷凝液体产物特性的影响。研究结果表明:竹材于210℃微炭化干燥处理得到冷凝液体主要含有酸、醛、酯、酮和酚类物质。微炭化工艺对竹材干燥液体产物特性有显著影响,210℃时醛类物质质量分数达22.14%,250℃时醇、酚类物质质量分数分别为25.13%、28.33%;升温速率造成酸、醛类物质先增加后减少,10℃/min时最大,分别为67.89%、22.14%,酮类物质变化趋势则相反,20℃/min时最大,为21.35%;随氮气流量增大,酸类物质增加,由51.84%增至81.71%,醛类、酮类物质减少,分别由26.07%、10.95%降至8.36%、2.58%。竹材微炭化干燥液体产物成分与木、竹醋液相似,具有用作植物生长促进剂、土壤改良剂等潜力。

木材纤维锚定二氧化铈电极材料的制备及其性能研究

利用木材纤维含氧基团的吸附作用锚定生长二氧化铈,成功制备出一维中空管状结构复合电极材料(WF@CeO_(2))。通过调控硝酸铈的添加量改善电极材料的电化学性能,并探讨了木材纤维对二氧化铈的增效作用。研究结果表明:当硝酸铈的添加量为2 mmol时,WF@CeO_(2)-2样品的比表面积可达303.73 m^(2)/g,所制备的电极在电流密度0.5 A/g下表现出高比电容(371 F/g),木材纤维的存在极大地提高了二氧化铈电极材料的电化学性能。以WF@CeO_(2)-2电极组装的非对称超级电容器的比电容可达34.5 F/g,其峰值能量密度为44.16 Wh/kg,峰值功率密度为4002.7 W/kg,在经过5000次充放电循环后电容保持率为91.1%,表现出良好的循环稳定性。

茶梗纤维-聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯复合材料的制备及其性能

为了实现茶剩余物的资源高值化利用,以茶梗纤维(TSF)为原料,用扩链剂4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)对其进行表面改性,将4,4'-MDI改性后的茶梗纤维(MDI-TSF)与聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)共混制备复合材料。4,4'-MDI两端异氰酸酯键(―N=C=O)与TSF表面羟基(―OH)进行反应,减少TSF表面羟基含量并削弱其表面极性,从而减少了TSF与PBAT之间的极性差,环氧大豆油(ESO)加入改善两者之间界面相容性,从而可提高复合材料的机械性能。改性茶梗纤维MDI-TSF的加入可以有效增强复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及热稳定性,当PBAT与MDI-TSF质量比80∶20,即MDI-TSF添加量20%,加入10%ESO制得的复合材料PBAT/ESO/20%MDI-TSF综合力学性能最佳,拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为13.014 MPa、10.94 MPa和18.314 kJ/m^(2),与复合材料PBAT/ESO/20%TSF(8.652 MPa,8.32 MPa,14.563 kJ/m^(2))相比,拉伸强度提高了50.4%,弯曲强度提高了31.5%,冲击强度提高了25.8%,热稳定性和结晶度均有提高。

柴油-麻风树生物柴油混合燃油的微爆特性研究

为探明柴油-麻风树生物柴油混合燃油的蒸发过程与机理,达到生物柴油与柴油混合用于柴油机缸内稳定燃烧的目的,在723和873 K环境温度下将麻风树生物柴油(JME)和柴油混合,JME所占比例分别为10%、20%和50%(质量分数)。采用热电偶挂滴技术,高速摄像机及Halcon软件代码处理液滴图像,分析柴油-麻风树生物柴油混合燃油(JME10、JME20和JME50)的微爆特性。实验研究得出:不同混合比例的混合燃油与液滴微爆强度大小呈类似于抛物线的函数关系,JME20为最好混合比例的混合油,在此情况下,混合比例的增减都会影响液滴微爆效果,JME20的液滴微爆存在微爆延迟时间最小值,有利于燃油与空气的充分混合。环境温度的提高,对JME10、JME20、JME50的燃油液滴微爆质量的提高均有促进作用,均能缩短蒸发时间。

醋酸钾对烟草热解产酚特性的影响

为探究醋酸钾(CH_(3)COOK)对废次烟草热解产酚特性的影响及其因素,考察了不同钾盐对废次烟草热解生成典型酚类化合物的影响,并分析CH_(3)COOK对不同蛋白质、纤维素和木质素含量的生物质热解产酚特性的影响。结果表明:废次烟草负载CH_(3)COOK的负载量为5%时,相比于无负载的废次烟草,CH_(3)COOK可显著降低烟草热解产物中苯酚及邻苯二酚占比,提升对苯二酚占比,其中苯酚下降45.63%,邻苯二酚下降67.88%,对苯二酚上升32.80%。CH_(3)COOK可使高蛋白质含量的烟草、桑叶和银杏叶热解产物中苯酚和邻苯二酚占比降低,使低蛋白质、高纤维素、木质素含量的松木屑热解生成苯酚、邻苯二酚、愈创木酚占比提高。苯酚、对甲酚及邻苯二酚在烟草蛋白质热解生成物中占比较为显著,分别为19.99%、3.08%和2.69%,负载CH_(3)COOK后,热解产物中苯酚和对甲酚占比分别降低了77.09%和79.37%,且未检测到邻苯二酚。CH_(3)COOK主要通过抑制烟草中蛋白质热解生成苯酚和邻苯二酚来降低烟草热解产物中相应酚的占比。

木质素优先解聚对碳水化合物影响的研究进展

木质纤维素类生物质是丰富的可再生资源,有潜力替代化石资源来生产清洁燃料和化工产品。将木质纤维素类生物质全组分转化利用,既减少了环境污染,又提高了资源利用率。木质素的优先解聚是实现木质纤维素类生物质全组分高值转化的有效途径之一。本文综述了木质素优先解聚策略对木质素解聚产物及碳水化合物的影响,包括还原催化、氧化催化、碱催化、酸催化、水热、热解等6种不同催化方法的研究进展,以及各个解聚方法的反应机理,并且对不同解聚方法的优缺点进行了分析:还原催化解聚,酚类单体产率高,可以保留绝大部分碳水化合物;氧化催化解聚反应条件温和,可以使用廉价、绿色的氧化剂将木质素转化为低聚物或芳香族单体,并且可以保留高质量的纸浆;碱催化和酸催化常用于预处理阶段使原料进入膨胀状态,并使碳水化合物尤其是半纤维素降解,导致木质素解聚产物难以分离;水热解聚操作简单,反应温和,但在木质素解聚的同时纤维素和半纤维素也会逐渐水解;热解可同时生成木质素衍生的酚类和糖衍生物,但是产物选择性较低,对下游分离存在较大障碍。最后对木质素优先解聚的研究重点和发展方向进行了展望。

油茶籽油生物活性成分、风味物质及脂质组成研究进展

油茶是世界四大木本油料作物之一,油茶籽油是富含不饱和脂肪酸的传统食用油,备受人们青睐。生物活性成分含量、风味物质和脂质组成是评价植物油品质和消费者选择食用油的重要依据。油茶籽油生物活性成分主要有角鲨烯、生育酚、植物甾醇、多酚和类胡萝卜素,其具有抗炎、抗氧化和抗肿瘤等作用。本文对油茶籽油生物活性成分、风味物质以及脂质组成的最新研究进展进行了全面概述,重点介绍了油茶籽油中生物活性成分的种类和功效、挥发性风味物质和脂质组成检测方法、产生挥发性化合物的物质基础及影响油茶籽油风味形成的因素,并对油茶籽油产业的健康发展进行了展望。

竹基氧化纤维薄膜材料的制备及性能研究

为制备具有良好力学性能和抗菌活性的生物质基膜材料,以竹浆板为原料,经高碘酸钠氧化、热水抽提处理制备了含醛基7.99 mmol/g的二醛纤维素(DAC),按质量比4∶1分别加入交联剂聚乙二醇二缩水甘油醚(DGEG)、甘油(G)、丙三醇三缩水甘油醚(GTE)和海藻酸钠(SA),混合后通过溶液浇铸法制备竹基氧化纤维薄膜材料(DAC-DGEG、DAC-G、DAC-GTE、DAC-SA)。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、力学试验等方法对复合膜的微观形貌、化学结构、力学性能以及抗菌性进行了研究。结果表明:DAC膜的拉伸强度为11.7 MPa,断裂伸长率为0.46%,可见光范围透光率达到92%。交联剂的加入使复合膜的力学性能提高,其中甘油和海藻酸钠显著提高了DAC膜的力学性能,对应复合膜DAC-G和DAC-SA的拉伸强度较DAC膜分别增强了125%和113%,断裂伸长率较DAC膜分别增加了6.48倍和5.09倍。交联剂的加入对DAC膜光学性能和抗菌活性的影响不明显,DAC-G和DAC-SA复合膜透光率为90%和88%;复合膜中的醛基活性良好,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和枯草芽孢杆菌均表现出优异的抑制效果。

生物基可闭环回收的高分子材料的研究及应用进展

以可再生的生物质为原料,设计合成可闭环回收的高分子材料,可以实现原料和高分子材料的可持续发展。本文概述了生物基可闭环回收高分子材料的发展和特性,从设计、合成、性能及应用等方面介绍了近几年来木质素、纤维素和植物油等生物基可闭环回收的高分子材料的研究进展,总结了其在3D打印、柔性电子材料、摩擦电纳米发电机、抗菌材料、太阳能蒸发器等方面的应用现状,并对生物基可闭环回收的高分子材料未来研究提出了建议。