生物基多糖的疏水改性及其在纸基材料中的应用进展

纸基材料具有良好的应用性能,但较强的吸水性严重制约了其在很多领域的应用。采用石油基化合物进行疏水化处理会破坏纸基材料原本的可降解性。因此,目前研究人员更加关注以生物相容性好的生物基多糖作为疏水改性剂原料。本文综述了近年来生物基多糖在改善纸基材料疏水性方面的研究进展,重点介绍了纤维素、淀粉、壳聚糖、海藻酸盐等生物基多糖的疏水改性及其在纸基材料疏水化处理中的应用现状,并对未来发展趋势进行了总结与展望。

KOH共热法和水热活化法制备多孔竹活性炭的比较

我国竹材资源丰富,以竹废料为原料,制备可用于超级电容器电极材料的竹活性炭,有助于推动竹产业发展,助力国家“双碳”目标实现。在本研究中,分别采用KOH共热和水热处理对竹粉进行活化,并对制备的竹活性炭进行电化学性能、比表面积、表面微观形貌等测试。实验结果表明,KOH共热活化法的最佳条件为炭化温度350℃,活化温度900℃,升温速率2℃/min,碱炭质量比4∶1;制备的活性炭比表面积为3 299 m2/g, 0.5 A/g电流密度下的比电容为287.8 F/g, 5 000次充放电测试后,电容保持率为95%~105%。水热活化法的最佳条件为KOH质量分数20%,反应温度150℃,反应时间12 h,制备的活性炭比表面积为192.91 m2/g, 0.5 A/g电流密度下的比电容为170.4 F/g,电容保持率为88.89%。2种方法制备的活性炭孔径结构都是以微孔为主,中孔混合分布,含有少量大孔;2种活性炭均含有双层或多层石墨烯结构,但水热活化法制备的活性炭石墨化程度更高,制备条件更温和。研究结果既可为超级电容器用活性炭的研究提供了理论思路,也有效地扩展了竹材的应用领域。

竹浆纸一体化关键技术的突破与展望

本文系统分析了我国竹浆纸一体化进程中竹种质资源筛选与高效培育,多元化浆纸产品生产及过程废弃物高值化利用等方面的关键技术问题,总结了各级政府、科技部门“十四五”期间对技术突破的投入与支持,展望了关键技术落地的预期成效,以期为竹浆纸一体化的高效实施提供重要参考。

生物质基有机太阳能电池材料研究进展

有机太阳能电池(OSCs)具有成本低、可大规模溶液加工、轻量化和柔性等优势,近年来已引起人们的广泛关注,当前OSCs的最高光电转换效率已超过19%。然而,绝大多数OSCs材料主要是采用化石资源衍生物制造,这对OSCs的可持续发展构成了严重威胁。研究者已开展了大量关于生物质基光电材料的开发工作,并成功将这些材料用作OSCs的衬底、光敏活性层与载流子传输层。本文首先对OSCs的器件结构和工作原理进行了介绍,重点对木质素、纤维素、叶绿素等生物质基光电材料的制备及其在OSCs中的应用展开综述,最后对生物质基OSCs材料的发展方向做出了展望,旨在为后续的相关研发工作提供借鉴。

纤维性能对纸张水蒸气阻隔性能的影响

本研究利用不同种类、不同程度打浆处理及硅烷化改性的纸浆纤维,制备物化性能不同的纸张,调控纸张的三维孔隙结构,从纤维的物理性能和化学疏水改性对纸张结构影响的角度,探讨纤维性能(打浆度、纤维长度及分布、保水值、纤维形貌和亲/疏水性等)对纸张水蒸气阻隔性能的影响。结果表明,纸张的水蒸气阻隔性能受纤维打浆度和亲/疏水性的影响较大。测试条件(23±0.5)℃、相对湿度(50±1)%时,打浆度从13.5°SR增至90°SR的未漂化学针叶木浆制备的定量60 g/m^(2)纸张的水蒸气透过率从954.5 g/(m^(2)·d)降低至93.77 g/(m^(2)·d);测试条件为(23±0.5)℃、相对湿度(75±1)%时,疏水改性纤维纸张比未改性纤维纸张的水蒸气透过率降低了11.6%,纸张的水蒸气透过率受疏水改性纤维配抄比例的影响较大。

基于造纸平台的纤维资源高效利用研究进展

综述了基于造纸过程的纤维原料各组分清洁分离利用、微纳米纤维素制备、木质素高值化利用、半纤维素提取利用、秸秆生物化机浆等关键技术的研究进展。

ZIF-8/纳米纤维素对竹木复合纤维除臭性能的影响

近年来,随着人们生活品质要求的不断提升,具有除臭性能好、吸收性能强和价格成本低廉的纤维材料在婴幼儿、成人除臭纸尿裤等卫生用品中的需求量不断增高。但目前市场上的除臭纤维基本存在除臭性能差、吸水性弱以及成本高的问题,严重制约我国除臭功能性纤维材料的国际竞争力。笔者以国内常见的白竹炭纤维和针叶木纤维为基本原料,以ZIF-8纳米粒子和纳米纤维素(CNF)为除臭改性填料,通过复合加工工艺,制备了兼具除臭和吸水功能的竹木复合除臭纤维,并探究了白竹炭纤维和针叶木纤维原料质量比、改性填料含量对复合除臭纤维微结构、吸水以及除氨气、硫化氢等臭味气体的影响规律。研究结果表明,所制备复合除臭纤维最佳工艺条件为针叶木纤维与白竹炭纤维绝干质量比为70∶30,ZIF-8和CNF的质量分数分别为7%和6%,23℃下风干处理24 h,在该工艺条件下制备的除臭纤维对氨气和硫化氢的消臭率分别为84.56%和83.11%,吸水量为8.4 g/g,除臭纤维性能达到国家标准GB/T 33610.2—2017(消臭率≥70%)的要求。

稻草秸秆纤维微米化及其离子交联制备疏水纤维素膜的研究

农业废弃物稻草秸秆经NaOH预处理、TEMPO氧化和机械处理,再经真空抽滤成膜并与Fe^(3+)交联,制备了具有疏水性的纤维素微细纤维(CMF)膜。通过FESEM、ATR-FT-IR、Zeta电位测试、XRD、拉伸测试、接触角和吸水率等表征,分析了CMF膜的结构和性能。结果表明,CMF充分与Fe^(3+)交联,有效提高了CMF膜的疏水性。CMF膜的疏水性受离子交联时间和Fe^(3+)浓度的影响,其水接触角最高可达134.15°;该膜在水中浸泡24 h后吸水率为50%,明显低于未交联CMF膜(210%)。Fe^(3+)交联的CMF膜还具有良好的湿拉伸力,达37.5 MPa。

纤维素纳米晶体对热升华转印纸涂层性能影响研究

本研究通过酸水解法制备纤维素纳米晶体(CNC)悬浮液,将其加入SiO_(2)/羧甲基纤维素钠(CMC)涂料中,形成一种热升华转印纸生物基涂层。结果表明,CNC对SiO_(2)/CMC团聚具有一定的分散作用。与SiO_(2)/CMC涂层的热升华转印纸相比,CNC添加量为2.0%的SiO_(2)/CMC/CNC涂层的热升华转印纸纵、横向抗张指数分别提高了9.2%、9.3%,平滑度提高了31.9%,透气度下降了46.0%,油墨吸收值下降了3.4%、干燥速度提高了24.3%,承印物平均色密度值由1.01升高至1.21,油墨转移率由80.1%升高至88.5%。由此可见,CNC添加提高了热升华转印纸的机械和热转印性能。

四川宜宾三种竹材纤维形态、化学成分与制浆性能

为合理利用四川省宜宾市的竹材资源,发展竹材造纸工业,选用花吊丝竹、倬牡竹和梁山慈竹3种丛生竹作为研究对象,对其纤维形态、化学组成和制浆性能进行分析。结果表明,3种竹材的平均纤维长度在1.6 mm以上,长宽比均高于90;从化学成分上看,3种竹材的纤维素含量、半纤维素含量和苯醇抽提物含量无显著差异;除梁山慈竹外,另2种竹材的平均综纤维素含量均高于70%,达到造纸质量要求;倬牡竹的平均木质素含量相对较高,为23.08%;梁山慈竹的平均灰分含量为1.48%,显著高于另外2个竹种。综上,3种竹材均可用作造纸原料,从降低加工难度和加工成本的角度考虑,可选用木质素和灰分含量较低的花吊丝竹作为优质的制浆造纸原料。

改善加热不燃烧型烟草薄片物理性能的研究

加热不燃烧型烟草薄片是一种新型烟草薄片,其制备方法主要包括稠浆法、辊压法、造纸法。为保证烟草薄片的良好成形及耐加工性,需添加一定量的木浆纤维。本研究探究了木浆纤维在稠浆法加热不燃烧型烟草薄片中的应用,考察了木浆纤维打浆度和添加量对稠浆性能和烟草薄片物理性能的影响。研究表明,增加木浆纤维打浆度有利于降低稠浆黏度,木浆纤维的打浆度为49°SR时,烟草薄片的力学性能相对较好;木浆纤维添加量在2%~5%时,烟草薄片力学强度随着木浆添加量的增加而增加,抗张指数最高可达3.62 N·m/g。

3D打印碳纳米管/纳米纤维素复合电极制备及性能

本研究探索了基于光固化的3D打印技术制造导电聚合物树脂材料。以可光固化树脂和多壁碳纳米管(MWCNT)混合物为基底,通过添加纳米纤维素(CNF)来改善MWCNT的分散性,使混合树脂达到最佳的导电性能和印刷质量。此外,结合了光固化、热解和化学活化等反应过程,形成可设计的分级孔结构的碳电极,该电极具有从毫米级到微米级再到纳米级分布的孔隙结构,组装对称超级电容器可提供高能量密度0.91 mWh/cm^(2)。

广西10种野生竹材的纤维形态及结构研究

对广西10种野生竹材:青皮竹、沙罗单竹、撑篙竹、大绿竹、壮绿竹、清甜竹、花吊丝竹、油竹、耳垂竹、甲竹的纤维形态及结构进行了研究。结果表明,广西10种野生竹材纤维整体直且细长,花吊丝竹的纤维长度(3.19 mm)最长;10种野生竹材的纤维密度分布在1.20~1.45 g/cm^(3)之间,其中青皮竹纤维的密度最小,为1.21 g/cm^(3);10种野生竹材纤维的微纤丝角分布在8°~11°之间。

纳米纤维素改性酚醛树脂对碳纸电化学性能的影响研究

本研究探究了以纳米纤维素为酚醛树脂改性剂和成孔剂制备的质子交换膜燃料电池(PEMFCs)用碳纸性能,分析了纳米纤维素添加量对碳纸电阻率、透气性及机械强度等指标的影响,并测试了改性碳纸制备的电池性能。结果表明,与未改性碳纸相比,纳米纤维素添加量为0.20 g的改性碳纸电阻率降低了26.35%,其制备的PEMFCs功率密度峰值提高了81.56%,为325 mW/cm2,纳米纤维素改性酚醛树脂明显实现了碳纸与燃料电池性能的整体提升。

黄竹生长过程中纤维形态与结构的演变过程研究

本研究以黄竹为实验原料,借助场发射扫描电子显微镜、二维广角X射线衍射仪等对其生长过程中竹纤维形态、结构的演变过程以及纤维物理性能进行了研究。结果表明,竹龄相同时,黄竹笋期基部的分化发育早于上部;随竹龄增大,前10月细胞壁增厚明显,竹龄3月时壁腔比为0.10,36月时为4.03;随着细胞壁逐渐增厚,纤维由柔软、易弯曲变得硬挺。通过场发射扫描电子显微镜观察,纤维由扁平状逐渐变为多棱柱或近似圆柱体;黄竹纤维的纤维平均长度、平均宽度增大;同一竹龄黄竹纤维的微纤丝角从近竹青至近竹黄逐渐增大,随黄竹径向高度的增大呈现波动趋势,整体在9°~14°范围内,纤维取向良好。

纤维素纳米晶体基光子晶体薄膜材料的制备及性能研究进展

纤维素纳米晶体(CNC)是从天然纤维中提取出的一种纳米级纤维素,可通过蒸发诱导自组装(EISA)法形成具有手性向列结构的薄膜,并提供直观的可视化信息,是新一代光子液晶材料的首选。然而,目前CNC基光子材料存在力学性能和动态光学响应性能差等问题,难以实现其功能化扩展,所以通常引入添加剂来提高其柔韧性和适应性。本文结合CNC特性,系统地阐述了当前光子晶体膜的制备工艺及其影响因素,并归纳出不同的可控制备方案,包括力学强度、色彩响应性等,同时分析了CNC基光子材料在不同领域的潜在应用和发展趋势。

全组分木质纤维素凝胶材料的制备方法进展

木质纤维素凝胶材料在具备传统凝胶特性的同时,还具有良好的生物相容性和可降解性,在吸附、储能、传感、催化、生物医学及隔热保温等领域受到广泛关注。本文从物理交联法和化学交联法的角度展开,首先综述了全组分木质纤维素凝胶的制备方法,然后总结了通过各方法制得木质纤维素凝胶的结构、性能及应用,最后结合全组分木质纤维素凝胶制备过程中存在的问题,展望了全组分木质纤维素凝胶的发展趋势。

竹炭掺杂铋系光催化剂的制备及其对有机污染物的降解研究

本研究以竹浆备料废弃物为原料,通过磷酸活化法制得竹炭,再利用水热法制备了竹炭/BiOCl复合催化剂,并探究了竹炭添加量和水热温度对复合催化剂光催化性能的影响。结果表明,竹炭保留了竹子本身的孔道结构,改变竹炭的添加量可实现对竹炭/BiOCl复合催化剂形貌的调控,为吸附污染物提供了良好的条件。竹炭和BiOCl之间发生的强相互作用,显著改善了BiOCl的吸附-光催化性能和氧空位含量,提高了光生电子传输效率,从而优化了复合催化剂的光催化降解效果。在水热温度140℃和竹炭添加量5%的条件下所制复合催化剂5BC-140,其可见光催化性能最佳,对罗丹明B的去除率在30 min内即可达86.5%,一阶动力学常数k为BiOCl的4.2倍,且具有优异的稳定性和可循环性能。

植物纤维改良活性氧化镁碳化固化粉质黏土综合性能研究

活性氧化镁是一种较为常见的土壤加固绿色低碳环保材料,常被用于岩土工程、建筑工程等领域。以天然植物纤维中的椰壳纤维为改性材料对活性氧化镁碳化固化粉质黏土进行改性和制备,通过试验方式对改性后的黏土综合性能进行测试。结果表明:椰壳纤维的掺入可以显著提升活性氧化镁碳化固化粉质黏土的力学性能,当椰壳纤维的掺量为0.3%时,活性氧化镁碳化固化粉质黏土的抗压强度和抗剪强度值最高,但当椰壳纤维的掺量超过0.4%后,这种提升效果反而逐渐下降。

黑液循环蒸煮木片制浆技术研究

为了提高化学浆得率,提出黑液循环蒸煮木片制浆方法。通过基础实验和工业生产试验研究,得到结果:黑液循环制备化学浆的基础实验用碱量为木片的26%,浆得率为63.6%,比传统碱法制浆工艺得率50.0%提高13.6%;在工业生产试验中,用碱量为木片的18%,结合蒸煮压力波动变化,纸浆平均得率为63.9%,比传统蒸煮制浆工艺得率50%提高13.9%。此外,循环蒸煮获得的纸浆性能良好,从而证明黑液循环蒸煮木片的制浆方法是可行的。