纤维素基汞离子传感器的研究进展

总结了不同形态的纤维素基材料在汞离子传感器方面的研究进展,深入分析了其在比色、荧光和电化学传感等各类传感技术中的重要作用,并探讨了纤维素基材料在汞离子检测中面临的挑战及未来的发展前景。

基于纤维素材料的摩擦纳米发电机研究进展

近年来摩擦纳米发电机(TENG)发展迅速,在能量收集、人机交互、可穿戴电子、医疗电子等领域有着广泛应用。传统的TENG采用聚合物材料和金属材料制备,它们无法生物降解,难以回收循环利用,会对环境造成污染,因此制备绿色环保的TENG成为了研究热点。纤维素材料以其可降解、可再生、易改性、易加工等优点,促进了环境友好型TENG的发展。简要介绍了TENG的结构组成、工作原理和工作模式,重点总结了纳米纤维素膜、纤维素纸、纤维素气凝胶作为摩擦电材料的TENG研究进展与应用实例,并对纤维素基TENG未来发展进行了展望。

纤维素基材料的研究进展

21世纪“绿色”化学已成为世界各国社会经济发展中的研究与开发战略方向。纤维素作为自然界中储量最丰富的天然高分子,是重要的可再生资源以及未来的主要工业原料。文章分析了纤维素基材料的性质和性能,介绍了再生纤维素材料、纳米纤维素材料、纤维素复合材料的研究现状,并对其发展前景进行了展望,旨在使纤维素基材料得到更广泛的应用。

山杏壳中纤维素、半纤维素、木质素含量的测定

以榆林市的山杏壳作为研究对象,为了精确测定其主要成分(纤维素、半纤维素和木质素)的质量分数,采用了硫酸与重铬酸钾氧化法、2 mol·L^(-1)盐酸水解法和72%的硫酸法,分别针对上述3种成分进行测定。通过控制单因素变量法,确定了每种方法的最佳条件。在最佳条件下,测得山杏壳中纤维素质量分数为26.10%,半纤维素的质量分数达到33.03%,木质素质量分数为31.22%。榆林市山杏壳中富含纤维素、木质素和半纤维素,是重要的可再生资源。

利用纤维素工业废丝/胶高效制备再生纤维素纳米晶

为解决再生纤维素工业丝的废丝以及生产过程中的废丝/胶的再利用问题,设计了以再生纤维素工业废丝或废丝/胶为原料高效制备再生纤维素纳米晶(RCNC)的方法,并通过傅里叶变换红外光谱、马尔文激光粒度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射和原子力显微镜等方法,对比了利用新溶剂法再生纤维素工业废丝/胶、粘胶再生纤维素工业废丝和浆粕制得的RCNC、CNC的结构性能上的区别。结果表明:新溶剂法再生纤维素工业丝废丝/胶高取向度、高结晶度和结构简单的特性使其可以在更温和的条件下酸解,制备的RCNC得率高达到65.09%,远大于以浆粕为原料制备CNC的得率,且具有更高的结晶度。与粘胶纤维素工业废丝制得的RCNC相比,两者具有相似的尺寸与形貌,都为纳米级的棒状结构,长度和长径比分别为93 nm±26 nm和35±20,表明此方法对于不同来源的纤维素工业丝废丝具有一定的普适性。

麦洼牦牛粪便纤维素降解菌的筛选、鉴定及产酶条件优化

为从麦洼牦牛粪便中筛选出具有高纤维素降解能力的菌株,通过羧甲基纤维素钠(CMC-Na)培养基分离培养,再利用滤纸条崩解和刚果红平板透明圈试验进行初筛,将获得的菌株使用DNS法测定CMC酶活力进行复筛。根据菌体形态学观察及16S rRNA序列测定及序列同源性比较结合构建的系统发育树分析,确定该菌分类地位。结果表明,从麦洼牦牛粪便中筛选出1株酶活性为11.88 U/mL的纤维素酶产生菌株,经菌种初步鉴定该菌为溶杆菌属,命名为Lysobacter sp.MY16。以菌株MY16发酵产酶的最优培养基配方为:最适碳源蔗糖(50 g/L),最适氮源尿素(7 g/L)为基础,对其培养条件采用Plackett-Burman试验和最陡爬坡试验,结合Box-Benhnken试验响应面法分析,得出培养条件优化结果为温度41℃、接种量8.1%、时间21 h。在最适条件下,培养CMCase活性为36.12 U/mL,比优化前提高了2.04倍。综上可知,本研究筛选出了1株具有高CMC酶活性的菌株MY16,可为纤维素的生物高值转化提供优质的菌种资源。

厨余垃圾同步糖化发酵产纤维素乙醇的工艺优化

为提高纤维素乙醇产率,以未经腐烂的果皮和蔬菜垃圾作为原料,采用酿酒酵母与纤维素酶作为催化添加剂进行同步糖化发酵,结合单因素实验和正交实验,优化了利用厨余垃圾同步糖化发酵产生纤维素乙醇的工艺条件。结果表明:在单因素实验中,采用SSF(同步糖化发酵)工艺时,纤维素酶酶加量、酵母用量、发酵温度和初始pH等因素均能使乙醇产率升高,差异不显著;在正交试验中,采用SSF工艺时,对乙醇产率影响的因素从强到弱为发酵温度>纤维素酶酶加量>酵母用量,且在纤维素酶酶加量30 mg、酵母用量10 mL、初始pH=5、发酵温度45℃、发酵72 h条件下,乙醇浓度最高,可达6.43 g/L,产率为0.089 g/(L·h)。研究发现,采用SSF工艺,为提高乙醇产率、实现废弃物资源化、缓解能源短缺压力等方面提供了新的方向。

罗布麻秆中纤维素提取及其气凝胶的制备

为实现罗布麻秆的高附加值利用,以罗布麻秆为原料,选用硝酸/乙醇法提取纤维素,通过单因素试验和正交试验优化的提取工艺为:温度85℃、时间1.5 h和固液比1∶25,提取的纤维素纯度可达98.61%。采用TEMPO氧化与超声处理相结合,制备纳米纤维素;再以其为骨架,加入聚乙烯醇和钠基蒙脱土制备纤维素复合气凝胶(NMPC)。结果表明:与纤维素气凝胶(PC)相比,NMPC对亚甲基蓝(MB)的吸附量最高达265.84 mg/g。当应变为60%时,NMPC的应力是PC的2倍。钠基蒙脱土的加入改善了气凝胶的结构,不仅提高了气凝胶的吸附性能,还提升了其压缩力学性能。

低频电压下含纤维素颗粒变压器油绝缘特性及影响因素

低频变压器是低频输电系统中的关键设备,低频电压下的绝缘特性对其设计及运行具有重要意义。该文为了研究低频电压下含纤维素颗粒的变压器油的绝缘特性,分别研究20、30、40、50 Hz四种频率交流电压下不同纤维素颗粒度(低、中、高)水平的变压器油击穿特性。同时,通过仿真及试验分析不同频率下变压器油中纤维素颗粒运动及积聚过程。研究结果表明,交流电压频率对变压器油中纤维素颗粒的成桥特性及击穿电压具有显著影响。随着频率的降低,纤维素颗粒向电极移动速度变慢并难以黏附在电极表面,减缓了纤维素颗粒在电极表面的积聚过程及杂质小桥的形成速度。相同频率交流电压下,变压器油击穿电压均随颗粒物浓度的升高而降低;相同纤维素颗粒浓度下,变压器油击穿电压随着频率的降低而增大。研究结果为低频变压器的设计及运行维护提供了基础数据支撑。

纤维素基环氧树脂及其木材胶粘剂粘接性能研究

以碱活化的纤维素为原料,通过与环氧乙烷(EO)发生接枝液化反应,合成了液体纤维素基环氧树脂(PHECEP)。然后以E-51为基体树脂,胺类T31为固化剂,硅微粉、硅烷偶联剂KH-560和PHECEP为改性剂,制备纤维素基环氧树脂胶粘剂,并对其进行力学性能、热性能和耐化学性等测试。研究结果表明:在PHECEP掺入量为20%时,抗冲击强度从2.9 kJ/m^(2)提升到50.9 kJ/m^(2);当PHECEP掺入量为5%时,室温下固化7 d的纤维素基胶粘剂拉伸剪切强度比纯E-51提高了171.1%。掺入PHECEP后,实际拉伸剪切强度高于测试中的强度,并且在小分子溶剂中耐受性更优良。通过PHECEP/E-51材料的力学性能、干湿粘接强度、热稳定性和耐化学性等性能的综合评判,得到相对最优的木材胶粘剂配方为:5%PHECEP(相对于E-51质量而言),1%的KH-560、60%的硅微粉和18%的T31固化剂(分别相对于PHECEP和E-51总质量而言)。

纤维素的改性及应用研究进展

纤维素是一种来源多样、分布广泛的天然聚合物,作为可再生、可生物降解的原材料在工业和日常生活中广泛应用,为成功应对资源短缺和环境污染问题而提出一种有效的解决方案。介绍了纤维素的类型与结构,以及通过各种途径对纤维素功能结构改性的最新进展,如氧化、酯化、醚化和接枝等。总结了近年来改性纤维素材料在食品、包装、环保、医疗、纺织等领域的应用成果。

木质素对纤维素酶酶解抑制研究进展

在木质素对纤维素酶酶解形成的空间位阻、非生产性吸附等的基础上,重点综述了预处理、木质素的分布、相对分子质量、官能团及化学键、改性木质素,以及木质素酚类衍生物等对纤维素酶酶解抑制的影响,探讨了不同类型木质素对降低纤维素酶酶解抑制的作用。借助现代技术分析手段,采取有效措施以期实现对木质素结构的定向调控,降低木质素对纤维素酶酶解抑制,减少纤维素酶酶解的成本。最后针对预处理成本、预处理对环境影响等问题及绿色、高效的纤维素酶酶解技术面临的机遇和挑战进行了展望。

明胶/氧化纳米纤维素高弹性模量高孔隙皮肤支架的3D打印工艺

背景:在采用主动修复治疗手段应对皮肤创伤时,需要使用组织工程技术生成新的组织来代替坏死组织,皮肤支架在创伤修复领域具有良好的应用前景。皮肤支架需要呈现具有一定力学强度的三维多孔结构,以满足细胞增殖分裂的需求,而目前使用的明胶基生物材料力学强度弱,无法达到皮肤支架的使用要求。目的:针对明胶/氧化纳米纤维素复合材料制备组织工程皮肤支架时使用的3D打印工艺进行研究,重点研究不同工艺参数下制备皮肤支架的孔隙率与其力学强度之间的关系。方法:从葎草中提取10%浓度的氧化纳米纤维素晶须,再与5%的明胶复合得到明胶/氧化纳米纤维素复合材料,检测明胶与明胶/氧化纳米纤维素复合材料的弹性模量。以明胶/氧化纳米纤维素复合材料为基材,采用3D打印挤压成型方法制备皮肤支架,通过对材料进行力学性能测试和流变特性测试确定挤压成型工艺参数(填充间隙1.5-2.5 mm,0.1 mm均布;气压160-200 kPa),并以此制备具有三维多孔结构的皮肤支架。对皮肤支架进行了抗压性能的测试并与有限元分析结果相对比,论证了支架打印时的填充间隙与支架孔隙率及力学强度之间的关系。结果与结论:①通过实验得出,加入10%浓度的氧化纳米纤维素晶须使5%明胶的弹性模量度提升了8.84倍;在气压160 kPa下挤出成型可以得到1 mm直径的丝状凝胶,此时填充间隙从1.5 mm增大到2.5 mm会使支架的理论孔隙率从33%上升到60%,但抗压强度从230000 Pa降低到95000 Pa;②结果显示,使用2 mm填充间隙制备得到了理论孔隙率为50%、弹性模量160000 Pa的皮肤支架,该支架具有清晰的三维多孔结构。

氯化胆碱类低共熔溶剂用于木质纤维素预处理的研究进展

丰富、可再生的木质纤维素生物质在代替化石资源制备化学品和功能材料方面具有巨大的潜力,但是,木质纤维素生物质的天然抗降解性严重制约着其有效利用,需要通过预处理打破木质纤维素的天然抗降解屏障,才能更好利用木质纤维素生物质。以低共熔溶剂(DESs)为溶剂的预处理技术是新兴的生物质预处理技术,在木质纤维素预处理方面展现出良好的应用前景。笔者综述了近年来氯化胆碱(ChCl)基DESs用于生物质预处理的研究概况,讨论了ChCl基DESs的物化性质与预处理性能之间的关联性,系统总结了以羧酸、醇、氨基或者酰胺基为氢键供体的DESs在木质纤维素预处理方面的应用,重点分析了预处理温度及时间、氢键供体的结构及其与ChCl的物质的量比、固液比等因素对预处理性能的影响。此外,还讨论了ChCl基DESs与其他辅助技术结合在生物质预处理中的应用、ChCl基DESs的回收、预处理后木质纤维素各组分的再生等。最后,展望了DESs预处理技术面临的挑战及可能的发展方向。

木质纤维素预处理技术研究现状与展望

木质纤维素是自然界中最丰富的可再生资源,可用于生产燃料乙醇、生物柴油等能源产品,也是制备化学品和造纸的主要原料。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,复杂的化学结构限制了其高效利用,故必须对其进行预处理,去除木质素、半纤维素等不可溶物质,从而使其更易被酶水解成可发酵的糖,进而提高木质纤维素的降解转化率。预处理技术可以改变木质纤维原料的内部结构和表面性质,为后续的酶解糖化创造良好条件。从物理、化学、生物、联合处理等4个方面全面综述了不同木质纤维素预处理技术的研究现状,总结了其预处理效果和优缺点,并展望了其未来的研究方向,旨在为木质纤维素生物质降解利用研究提供参考。

喷涂沉积纳米纤维素包装膜的研究进展

根据纳米纤维素包装膜常规制备方法存在的连续性差、生产时间长、膜可操控性差等问题,从机械性能、阻氧性能、防潮性能方面综述喷涂沉积法制备纳米纤维素包装膜机理及包装应用优势。喷涂沉积法制备纳米纤维素包装膜的研究为快速有效地制备纳米纤维素包装膜,保证生产程序的连续性,更好地实现在食品、生物医学、军事等方面的包装领域应用,为新型包装材料提供理论基础并进行展望。

微纤化/纳米纤维素复合绝缘纸的力学特性及计算方法

油纸绝缘变压器的绝缘纸处于强机械振动和机械冲击的作用环境中,这对绝缘纸的强度和抵抗变形的能力提出了很高的要求。因此,实现对纤维素绝缘纸机械性能的有效提升和准确预测至关重要。文中通过微纤化/纳米纤维素的体相掺杂,制备出不同质量分数的纳米纤维素晶须、纳米纤维素纤维和微纤化纤维素改性绝缘纸。然后对不同掺杂浓度下微纤化/纳米纤维素改性绝缘纸的微观形貌、应力-应变曲线和杨氏模量进行测量,对比了不同长径比的微纤化/纳米纤维素对绝缘纸机械性能的改性效果。从自身强度、形态、界面效应和团聚效应等方面分析了微纤化/纳米纤维素对绝缘纸的改性机理。在详细实验结果和综合分析的基础上,基于Halpin-Tsai模型对理想情况下填料改性作用的分析,考虑到团聚相和界面相的影响,实现了对不同掺杂浓度下改性绝缘纸杨氏模量的预测。独立实验验证表明,所提出的预测模型误差小于1.57%。该研究对实现绝缘纸的纳米改性和机械性能预测具有重要意义。

紫苏饼粕微晶纤维素酶法制备及表征

该文优化了紫苏饼粕微晶纤维素(Perilla Seed Meal Microcrystalline Cellulose,PSM-MCC)酶法制备工艺,并对其结构与性能进行表征。以紫苏饼粕纤维素(Perilla Seed Meal Cellulose,PSM-CL)为原料,通过响应面法优化酶法制备微晶纤维素的最佳工艺,并对其理化性质及功能特性进行研究。采用傅里叶红外光谱、X射线衍射、热重分析和扫描电子显微镜对PSM-MCC进行表征。纤维素酶酶法制备PSM-MCC最佳工艺为:pH值5.0、PSM-CL和水的料液比1:20 g/mL、加酶量的质量分数为0.4%、酶解温度55℃、酶解时间3 h。在此工艺下,PSM-MCC得率为90.74%,聚合度134。PSM-MCC去除了木质素等杂质,结晶度从49.39%增加到61.37%,与PSM-CL相比,纤维素酶水解制备的PSM-MCC具有更好的热稳定性,其直径较小,为48.26μm,表面呈多孔和层状结构。该研究通过生物酶水解制备的PSM-MCC各项性能优异且符合国家标准,有望被应用在食品、制药和复合材料等多个领域。

纤维素醚改性粉煤灰基薄喷材料性能研究

采用纤维素醚(羟乙基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚)对粉煤灰基薄喷材料的粘结性能进行改性研究,研究了纤维素醚的黏度、取代基对粉煤灰基薄喷材料粘结强度、稠度及其抗拉强度、抗压强度的影响规律。采用扫描电子显微镜研究了纤维素醚掺入前后粉煤灰基薄喷材料28 d试样的微观结构,揭示了纤维素醚对薄喷材料粘结性能改性机理。结果表明,加入纤维素醚后,薄喷材料的粘结强度显著提高。相同取代基下,掺入低黏度的纤维素醚试样的粘结性能更高。不同取代基下,羟乙基纤维素醚试样粘结强度更高,对力学性能的不良影响更小。掺入0.05%(占胶凝材料质量分数)羟乙基纤维素醚的粉煤灰基薄喷材料28 d粘结强度达到1.67 MPa,抗压强度为11.4 MPa。

基于纤维素纳米晶乳化陈皮精油的淀粉基抗菌膜的制备与性能

以玉米淀粉(corn starch,CS)为基质、柠檬酸为交联剂、纤维素纳米晶(cellulose nanocrystals,CNC)乳化陈皮精油(orangepeelessentialoil,OPO)制备的Pickering乳液为抗菌剂,采用流延法成功制备了CS/CNC-OPO抗菌复合膜;探讨了CNC和OPO的添加量对CS/CNC-OPO抗菌复合膜的机械强度、水蒸气透过率、水接触角、抗菌性能等的影响,并采用傅里叶变换光谱、X射线衍射光谱和扫描电子显微镜对CS/CNC-OPO抗菌复合膜进行表征。结果表明,当OPO添加量为11%,CNC和OPO比例为1∶11(g/mL)时,CS/CNC-OPO膜的性能最好,水蒸气透过率为1.03×10^(-3)g/(m·h·kPa),水接触角为74.53°,拉伸强度达6.01 MPa,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌面积高达88.4 mm2和96.45 mm^(2)。该淀粉基膜强度好,且具有较好的疏水和抗菌性,在食品包装领域具有广阔的应用前景。