现代林产化学加工技术的现状与发展趋势

生物质资源来源广泛,具有可再生性、结构多样性和碳中性等特点。目前,以生物质为原料的林产化工已成为继煤和石油化工之后最重要的化工产业之一。在对中国的林产化学工业发展历史概览的基础上,梳理总结了现代林产化学工业的发展,创新地提出了林产化学加工工程学科发展的能源化、材料化、食药化、饲料化、肥料化和基料化6个方向。其中,能源化中的生物质气/液/固体燃料的有效开发是实现碳达峰和碳中和的重要途径之一,而我国林产化工的传统研究领域制浆造纸、木本油脂、松脂化学等则从材料化找到新的突破和发展,相比前两者,食药化、饲料化、肥料化和基料化还有很大的发展空间。林产化学工业已迈入质量和效益持续提升发展新阶段,今后将在生物质资源高值化利用、全质利用技术创新、精深加工与应用、绿色低碳与生物技术融合、生物基材料与化学品创新应用,以及多学科交叉融合等方面实现突破,推动产业转型升级,构建绿色低碳循环发展新模式。

木质素基高比表面积活性炭的制备及其电化学性能研究

将杨木先经过CO_(2)辅助水热预处理,再用对甲苯磺酸溶液处理,分离得到高纯度酸溶性木质素(AHL)。以AHL为前驱体,分别采用H_(3)PO_(4)法和KOH法制备了孔隙结构发达的活性炭AHLAC-H_(3)PO_(4)和AHL-AC-KOH,通过多种技术手段对活性炭的结构进行了表征,并对比研究了其作为超级电容器电极材料时的电化学性能。结构表征结果表明:AHL-AC-H_(3)PO_(4)和AHL-AC-KOH的比表面积分别为2490和3344 m^(2)/g,总孔容分别为1.24和1.74 cm^(3)/g。电化学性能测试结果表明:随着电流密度从0.5 A/g增大到10 A/g时,AHL-AC-H_(3)PO_(4)的比电容由241.24 F/g下降至83.95 F/g,电容保持率仅为34.80%;而AHL-AC-KOH的比电容由269.19 F/g下降至229.76 F/g,电容保持率为85.35%。AHL-AC-H_(3)PO_(4)的充/放电行为可逆性和倍率性能较差,电阻较大;而AHL-AC-KOH具有典型的双电层电容和法拉第快速氧化还原反应特性,并展现出高度可逆的充/放电行为,且具有良好的倍率性能和较小的电阻。

新兴林粮——黄精产业发展战略研究

当前,全球粮食安全形势复杂严峻,与饮食相关的慢性疾病普遍存在,“以健康为中心”“营养多元”“食物即药物”等观点成为普遍共识;利用农业生物多样性来探寻高产且有营养的新一代作物成为国际潮流,黄精具有明显的特色和优势。本文从充分发挥黄精潜能的角度出发,系统总结了黄精食药用历史、黄精林粮营养与功效的物质基础、黄精资源分布与粮食生产潜力。现有研究发现,黄精不含淀粉,富含结构复杂、易降解、有能量的果聚糖等营养功效物质,能够服务生命健康;适合林下栽培或与玉米套种,不占良田、不争林地,产能潜力极大,可用于保障粮食安全;适合广大农户种植和加工,经济效益良好,有利于实现共同富裕。为解决黄精林粮产业存在的基础科学研究薄弱、应用技术支撑不足、文化传承与政策支持滞后等问题,需加强黄精基础科学研究、强化黄精全产业链应用技术研究,同时将黄精生产列入木本粮油政策资金保障体系,将黄精应用纳入医疗保健与人口健康规划,将黄精产业列为乡村振兴和共同富裕的重要举措,构建完备的黄精全产业链创新应用体系。

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%。

高性能机油净化碳基复合定型滤芯研制与应用

针对目前机油滤清器滤芯存在的机油净化性能差、使用寿命短等问题,通过活性炭与聚氨酯经插嵌微发泡复合定型,研发首创出具有开孔型微泡网状结构碳基复合定型滤芯,并研究其性能。结果表明,碳基复合定型滤芯属于过滤-吸附双效深层体型滤材,阻力小、流量大;通过开孔型微泡网状结构过滤作用和碳材料吸附作用的协同效应,显著提升机油净化性能、延长使用寿命;与德国马勒纸质滤清器相比,碳基复合滤清器在汽车90 km/h等速行驶测试中节约燃油达3.80%,4辆实车、累计66801公里行驶验证,碳基复合滤清器节约燃油3.17~3.33%。碳基复合滤清器节油效果显著,大规模推广与应用将产生巨大的经济效益和社会效益。

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。

电容去离子水处理技术的研究和应用进展

随着水资源短缺、能源紧张等问题的日益加剧,高效低耗的电容去离子(CDI)脱盐技术逐渐得到广泛重视。然而,CDI技术现在仍处于研究和发展的初期阶段,并未在工业界广泛应用。本文结合CDI技术现有的应用进展,首先介绍了CDI技术的电极材料和装置构型,并指出各类电极材料和装置构型在应用中面临的挑战。然后,综述了全球现有CDI公司的发展现状及CDI技术的应用领域,对CDI技术在循环冷却水处理、市政生活废水回用等领域的应用进行了具体分析,并对应用中浓盐水排放问题进行了进一步分析讨论。最后,对CDI技术在水处理应用中的挑战进行归纳并对发展趋势进行了展望。

纳米纤维素/还原氧化石墨烯光催化气凝胶的制备及其吸附降解罗丹明B

以漂白木浆为原料,先经2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化制得氧化纳米纤维素(TOCN),再与还原氧化石墨烯(rGO)复合制得气凝胶TOCN/rGA,然后将催化剂Ag/AgCl/石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))负载在该气凝胶上,制备光催化气凝胶Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA,并将其用于吸附降解罗丹明B(RhB)。通过红外光谱(FT-IR)、场发射扫描显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对气凝胶的结构和形貌进行表征,利用X射线光电子能谱(XPS)、紫外漫反射光谱(DRS)、荧光光谱(PL)、瞬间光电流和活性物质捕获实验以及能带结构计算探讨气凝胶的光催化机理,并分析了气凝胶吸附性、光降解性能、力学强度和抗菌性。研究结果表明:Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA成功制备,其具有丰富的多孔结构。rGO良好的导电性有效抑制了Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)光生载流子的重组,相较于Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4),Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA具有强可见光吸收,低光生载流子复合率和高瞬态光电流密度;Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)的负载也增大了气凝胶的平衡吸附量和机械强度:Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA对RhB的平衡吸附量为2.86 mg/g,优于TOCN/rGA的平衡吸附量2.72 mg/g;在应变为70%时,Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA的抗压强度为0.86 MPa,高于TOCN/rGA的抗压强度0.62 MPa。Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)与TOCN/rGA相互作用获得了优异的降解效果:在pH值7,光照180 min时Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA对RhB降解率为95.1%,循环4次后对RhB的降解率为80.5%,120 min对大肠杆菌的抑菌率为100%。自由基捕获实验结果表明:超氧自由基(·O_(2)^(-))为复合气凝胶光催化主要活性物质。

林源饲料和添加剂技术现状及展望

我国是世界上第一大饲料生产国和消费国,巨大的饲料生产及消费量需要庞大的原料量,饲料粮供给紧张,人地矛盾问题凸显,2021年仅饲用大豆原料累计进口已达9 652万吨。发展林源饲料部分替代粮食饲料,能有效缓解饲料粮供需矛盾,推动农林牧高质量融合发展。本文归纳总结了我国林源饲料及添加剂中植物蛋白饲料、昆虫蛋白饲料、功能性低聚糖类饲料添加剂、提取物类饲料添加剂的制备及开发利用技术,充分分析了产业发展中主要存在的资源利用率低、产业核心技术缺乏、科技支撑薄弱、产业基础脆弱等瓶颈问题,在产业发展规划、科技创新体系、政策扶持等方面提出了全面发展林源饲料及添加剂产业的政策建议。

生物质能源可以帮煤化工解困--访中国工程院院士、中国林业科学研究院林产化学工业研究所研究员蒋剑春

实现双碳目标是中国政府对国际社会的庄严承诺,体现的是国家意志。而能耗双控又是实现双碳目标的有效举措之一。可以预见,能源化工行业面临的压力将持续并加剧。著名林产化工专家、中国林业科学研究院林产化学工业研究所研究员、中国工程院院士蒋剑春在接受记者采访时表示,规模化开发利用生物质能源是能源化工行业,尤其是煤化工产业破局脱困的现实路径。

生物质氧气气化制备中热值燃气的工艺优化及其示范工程

在高温固定床反应器中,进行松木屑氧气气化制备燃气特性研究,考察了气化温度和用量比(ER)对氧气气化制备燃气的热值、产气率以及燃气中各组分体积分数的影响。将获得的最佳工艺参数,在生物质气化制备燃气用于工业锅炉的示范工程中进行了调试和验证。研究结果表明:在气化温度850~950℃时,随着用量比的增加,燃气热值呈现先升高后降低的趋势,在用量比为0.24时,燃气热值最高,气化温度对木屑的氧气气化有显著的影响,气化温度升高,燃气热值以及燃气中H_(2)、CO、CH_(4)体积分数随之升高,产气率先升高后降低,在900℃时达到最高。气化温度900℃、用量比0.24为最佳的气化条件,此时气化制备的燃气热值为13.14 MJ/m^(3),产气率为0.98 L/g,燃气中H_(2)、CO、CH_(4)和C_(2)H_(m)的体积分数分别为17.64%、39.78%、12.45%和2.76%。将该参数应用于示范工程得到燃气热值为10.90 MJ/m^(3),产气率约为1.02 L/g。

龙凤檀磷酸法活性炭的孔径分布与吸附性能的构效关系

以硬杂木龙凤檀的加工剩余物为原料,研究了磷酸活化法的活化温度、磷酸质量分数和浸渍比对龙凤檀活性炭吸附性能的影响,通过N_(2)吸附-脱附等温线对活性炭的结构进行分析,并根据吸附理论和DFT孔径分布图,拟合计算出活性炭有效孔道所占的孔容积与液相吸附性能(碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率)的构效关系。研究结果表明:在磷酸质量分数60%、磷酸溶液与龙凤檀浸渍比3∶1(mL∶g)、活化温度500℃、活化时间120 min的条件下,磷酸活化法制备的龙凤檀活性炭具有最佳的吸附性能和优异的孔隙结构,碘吸附值为841 mg/g,亚甲基蓝吸附值为270 mg/g,焦糖脱色率为120%,比表面积为1516 m^(2)/g,总孔容为1.145 cm^(3)/g,均优于软杂木杉木制备得到的活性炭。应用密度泛函理论(DFT),计算出龙凤檀活性炭不同孔径区间对应的孔容积,经过理论分析和拟合计算,发现碘吸附值与孔径在1.0~2.7 nm之间的孔容积、亚甲基蓝吸附值与孔径在1.7~5.0 nm之间的孔容积、焦糖脱色率与孔径在2.7~6.3 nm之间的孔容积有着很好的线性关系(R2>0.95),表明活性炭的孔隙结构分布与其液相特征吸附性能之间具有很好的关联度。

生物质与废塑料/橡胶共热解研究进展

作为唯一可再生的“碳质”资源,生物质被认为是传统化石燃料的重要替代品。生物质热解产生大量的高氧化合物,热解油的低成本脱氧是阻碍生物质转化为液体燃料过程商业化最具挑战性的任务。塑料/橡胶的广泛应用和持续需求导致了塑料垃圾的积累。塑料/橡胶不可生物降解或难以降解,对人类健康和环境造成严重影响。塑料/橡胶是石油衍生产品,具有生产液体燃料和/或高附加值化学品的潜力。与生物质相比,塑料/橡胶具有较高的H/C比和较低的O/C比,可作为供氢剂,为生物质热解提供氢源。为了解决塑料/橡胶废弃物的污染和生物质热解油含氧量高、稳定性差及热值低等问题,生物质与塑料/橡胶共热解被认为是生产高品质液体燃料/化学品中较有前景的技术。与生物质单独热解相比,生物质与塑料/橡胶共热解不仅可有效降低反应活化能,还可一定程度上实现初级热解产物的脱氧,以制备高品质的液体燃料。笔者综述了塑料/橡胶与生物质共热解技术的发展现状和研究进展,阐述了共热解反应机理,即自由基相互作用机制,总结了沸石分子筛、介孔分子筛、金属氧化物和双催化剂对共热解行为及其产物的影响规律。最后结合国内外研究现状,对扩大研究规模、多组分混合共热解、共热解催化剂等研究方向进行了展望,为生物质、塑料/橡胶的高值化利用提供思路。

储能用生物质基先进碳材料的研究进展

简述了生物质基碳材料的储能机理及常用的制备方法;综述了形貌、类石墨结构、孔道以及表面官能团和杂原子掺杂等影响生物质基碳材料储能性能的规律和机理;最后对储能用生物质基碳材料未来的发展趋势和研究方向进行了展望。

烘焙提升生物质燃料品质的研究

以稻壳(RH)和木屑(PS)为原料,使用小型烘焙装置,研究了烘焙对生物质燃料品质的提升作用。相比原料,烘焙稻壳(TRH)和烘焙木屑(TPS)固定碳质量分数的最大上升量分别为7.18%和11.76%;C元素质量分数的最大上升量分别3.50%和5.80%,挥发分和O元素质量分数明显下降,H元素质量分数小幅降低;热值有所提升,最大提升幅度分别为11.1%(RH)和15.9%(PS);半纤维素大量分解,至300℃后烘焙的稻壳和木屑中半纤维素质量分数仅为2.41%和1.06%,降幅均超过90%,木质素质量分数显著增加,最大增幅分别为119%(RH)和208%(PS)。生物质烘焙后,内部纤维结构被破坏,可磨性提高,随着烘焙程度的加深,烘焙稻壳研磨后粒径在0.15 mm以下的颗粒显著提升;—OH和C—O等含氧官能团减少,疏水性提升,250℃烘焙30 min的稻壳和木屑的疏水性提升幅度分别为28.08%和25.66%。

榛坚果的油脂含量、脂肪酸组成及榛仁中生物活性成分研究进展

榛子是我国重要的经济林树种,其坚果中含有丰富的不饱和脂肪酸,被称为“心脏健康”食品。本文介绍了榛坚果中油脂含量及脂肪酸组成,分析了影响油脂含量及脂肪酸组成的潜在因素,综述了榛仁中酚类、生育酚和植物甾醇等主要生物活性成分的研究进展,简单陈述了作为榛坚果加工副产物的蛋白质的相关情况,并探讨了加工对榛子油的影响。通过文献分析发现:生长环境及品种的差异均会影响榛子油脂肪酸的品质,榛子油富含的亚油酸使其在加工储藏中容易发生氧化酸败。生育酚及植物甾醇是油脂的主要活性物质,其中α-生育酚及β-谷甾醇含量最为丰富,是延缓油脂氧化的主要活性成分。此外,以没食子酸、丁香酸、香草酸、缩合单宁等为主的酚类物质主要分布在果皮中,且不同品种间存在显著差异。未来,榛子油的研究可从“使用新兴技术”和“协同抑制油脂氧化”等方向展开。

竹节硬碳的制备及储钠性能研究

以竹节为原料,采用预炭化结合高温精炼的两步法制备了用于钠离子电池负极的竹节硬碳材料,并探究了精炼温度对硬碳结构的影响规律及结构与储钠性能之间的构效关系。研究结果表明:高的精炼温度可以收缩孔道形成闭孔结构并降低比表面积,但同时会导致层间距的减小。精炼温度1400℃时制得的样品BHC-1400,其比表面积为9.2 m^(2)/g,层间距为0.375 nm,其丰富的闭孔结构与合理的层间距有利于储钠容量的提高。BHC-1400作为钠离子电池负极材料,在50 mA/g的电流密度下表现出高达364.3 mAh/g的储钠容量以及81.2%的首次库仑效率,经过5000次循环充放电后容量保持率为85%。

我国林业特色资源产业发展现状及对策建议

林业特色资源是绿水青山的重要组成部分,发展林业特色资源培育与加工产业对保障国家粮油安全、实施乡村振兴和健康中国战略、促进绿色增长、建设生态文明意义重大,但其发展仍面临诸多挑战。文中总结了国内外林业特色资源及其产业发展概况,肯定了林业特色资源对不同国家和地区发展的重要意义。在此基础上,针对我国林业特色资源产业发展面临的主要问题,提出推动我国林业特色资源产业高质量发展的建议:(1)加强总体规划布局,推进一、二、三产业融合发展;(2)创新特色资源高效利用,培育战略性新兴产业;(3)加快全产业链智能装备研发,提高劳动生产率;(4)创新林业科技工程组织实施模式,设立专项资金开展长期稳定支持;(5)引入市场机制,强化投入扶持政策。

皂脚热解-催化气态加氢制备生物燃料

皂脚的资源化、高值化利用对减少环境污染和实现碳中和具有重要的意义。本文以皂脚为原料,采用双级加压固定床为反应器,对其进行热解-催化气态加氢处理以制备生物燃料。研究了皂脚热解-非催化和催化气态加氢处理对产物正构烷烃的影响,并提出了皂脚热解-催化气态加氢制备正构烷烃的反应机理。以最大化生成正构烷烃为目标,又对热解温度和气态加氢温度工艺参数进行了优化处理。实验结果表明,与非催化条件相比,在Ni/Al_(2)O_(3)-SiO_(2)催化剂的作用下,热解初级中间体被完全脱氧和氢化,使得C5~C17正构烷烃的相对含量由15.8%增加至97.3%。随着热解温度的升高,正构烷烃的产量先升高再降低,550℃时产量最高;随着气态加氢温度的升高,正构烷烃的产量逐渐降低,300℃时产量最高。

超声辅助下皂脚加压水解制备脂肪酸

为了回收利用油脂精炼过程中产生的副产品皂脚中的有效成分,利用超声波辅助技术将皂脚一步转化为脂肪酸,意在考量超声波辅助技术在皂脚酸化水解过程中的作用,并在超声辅助下探究工艺条件的影响。以产物酸价和得率作为考察目标,探究了超声辅助酸化水解对产物分布的影响。结果表明,超声的分散搅拌作用使得产物的酸价和得率得到提升。通过单因素和正交设计实验探究各因素对产物酸价和得率的影响,进而确定制备脂肪酸的最佳反应条件。实验结果表明,以甲酸为酸催化剂,在反应温度220℃、反应时间110min、超声功率1050W、超声持续时间7s的反应条件下,产物酸价和得率均得到最高值,分别为184mg KOH/g和79.9%;影响产物得率的因素从主到次:反应温度>超声持续时间>超声功率>反应时间。经气相色谱质谱联用仪分析表明,产物中脂肪酸含量达到97.4%;产物质量指标测定结果表明产物具有较高的质量,皂化值达到190mg KOH/g,碘值达到157g I/100g,不皂化物含量达到0.54%。