“新农科建设”背景下农业资源与环境课程教改改革与创新

在“新农科建设”的推动下,农业资源与环境课程内容的更新要求日益凸显。农业资源与环境课程改革创新是“新农科建设”背景下的必然趋势。通过改革,可以培养更多具备现代农业知识和技能的高素质人才,推动农业转型升级和绿色发展,为农业现代化建设提供有力的支持。基于此阐述了关于“新农科建设”的发展与内涵,同时对我国现在的农业资源与环境课程的现状和问题作出了分析,并提出了在“新农科建设”背景下农业资源与环境课程教改改革与创新的探索途径。

MOFs耦合木材复合材料在环境修复方面应用研究进展

在中国积极倡导“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念下,开发高效、低成本、零污染的先进可循环污染物去除技术,对于实现“绿水青山”目标至关重要。然而,当前主流的污染物去除技术,如活性炭吸附、高级氧化、膜分离等,虽具备成本优势,却常伴随去除效率低、能耗高及二次污染等问题。在此背景下,以纳米材料为核心的环境纳米技术(涵盖吸附、催化、膜分离等领域)凭借其高效性和功能多样性,在环境修复领域引发了广泛关注。金属有机骨架材料(MOFs)作为一类由金属离子与有机配体构筑的、具有1~3维结构的多功能晶态材料,因其有序的孔道结构、丰富的化学组成及高比表面积,在环境修复领域展现出良好的应用前景。然而,MOFs的粉末形态及其固有的易碎性、不宜加工性及低相容性,限制了其在回收、成型等方面的应用,从而阻碍了其在实际场景中的广泛推广。生物质材料,特别是木材,因其种类丰富、成本低廉及天然的高孔隙率等特性,在环境修复领域备受青睐。木材的多维孔道结构、丰富的羟基/羧基官能团以及良好的加工性能,使其成为固定粉末状MOFs的理想载体。近年来,国内外学者利用木材的这些本征特性,将MOFs作为新型载体,引入功能化纳米粒子或非均相催化剂等活性组分,构建了一系列新型复合结构体系,这些体系在木材、纤维素、凝胶等生物质及其衍生物基复合材料的制备和生物质催化转化中展现出巨大潜力。本文系统阐述了MOFs与木材的耦合策略,包括混合浸泡法、真空浸渍法、溶剂热法及原位生长法等,并深入解析了MOFs负载于木材表面形成MOFs/木材复合材料的机理,如物理吸附、润湿作用、毛细现象及构造成核位点等。同时,梳理并总结了当前MOFs材料在生物质及其衍生化学品领域的研究进展,重点讨论了MOFs/木材复合材料在气相污染物吸附、重金属离子去除、有害颗粒物过滤及高级氧化等环境修复领域的应用现状,并阐明了MOFs微观结构设计与复合材料宏观性能之间的内在联系。最后,展望了MOFs/木材复合材料未来发展所面临的机遇与挑战,为构建面向环境实际应用的MOFs基复合材料提供了新视角,有望进一步推动其在环境修复领域的广泛应用。

不同助留体系对装饰原纸二氧化钛复合填料留着效果的影响

本研究分别分析了单元助留体系阳离子聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE),双元助留体系PAE/阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、PAE/膨润土(MMT)、PAE/阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),三元助留体系PAE/CPAM/APAM、PAE/CPAM/MMT对装饰原纸TiO_(2)/滑石粉复合填料留着效果的影响。确定了各个体系的最佳添加量,并筛选出助留效果最好的助留体系。结果表明,当PAE添加量2.0%、CPAM添加量0.08%、MMT添加量0.6%时,组成的PAE/CPAM/MMT三元助留体系留着效果最佳,此时,浆料和填料留着率分别为89.5%和65.0%,纸张的不透明度、白度及匀度分别为98.5%、86.6%和91。

农田土壤重金属外源识别及安全利用技术筛选——以宜宾市筠连县部分区域为例

【目的】基于农田土壤重金属污染外部来源途径的识别结果,筛选出钝化剂-低积累作物品种耦合的镉污染农田绿色修复与安全利用技术,以期为农田土壤重金属污染防控提供参考依据。【方法】以四川南部宜宾市筠连县部分乡镇为研究区域,监测该区域内大气沉降、肥料使用、灌溉水及底泥中重金属含量从而计算不同途径的农田土壤重金属输入通量,并选择具有代表性的JL镇利用大田试验开展钝化剂、重金属镉低积累蔬菜和水稻品种筛选。【结果】2019—2020年研究区域农田土壤中汞、砷、铅和锌的主要输入途径为大气沉降,所占比例分别为99.99%、75.88%、90.57%和84.82%;镉、铬和镍的主要输入途径为肥料,所占比例均为100.00%;铜的主要输入途径为灌溉水,所占比例为93.66%。JL镇镉污染农田土壤中施用铁锰肥钝化剂(硫酸亚铁750 kg/hm^(2)+硫酸锰75 kg/hm^(2))对降低水稻籽粒中镉的效果最佳,归因于土壤微量元素的补充对肥力的改善作用,而钝化剂复配(3000 kg/hm^(2))处理下水稻籽粒中镉含量最高。镉低积累蔬菜和水稻品种筛选结果表明九斤萝卜和川康优6276是该地区最适宜种植的蔬菜和水稻品种,收获后可食用部分重金属镉含量均符合食品安全国家标准。【结论】在研究区域除应选用符合国家标准的肥料并注意防控大气沉降污染外,同时建议推广使用铁锰肥、腐殖酸和磷肥钝化材料,并种植九斤萝卜蔬菜和川康优6276水稻品种以保障农产品质量安全。

复合二氧化钛的制备及在装饰原纸中的应用

采用乳液法制备二氧化钛(TiO_(2))/滑石粉复合填料,并将其应用在装饰原纸中。结合油包水型(W/O)乳液的拟三元相图,寻找合适的乳液体系,并利用响应曲面试验对TiO_(2)/滑石粉复合填料的制备工艺进行优化。结果表明,环己烷比正庚烷更适合作为油相,正丁醇的用量影响着乳液的稳定性;复合填料制备的最优工艺为:Tween80/正丁醇的质量比为1∶1,乳化剂/环己烷的质量比为4∶6,水/环己烷的质量比为1∶3,滑石粉/钛酸四丁酯(TBT)质量比为1∶4,在此条件下制备的复合填料加填在装饰原纸中,得到的不透明度为97.0%,白度为84.0%ISO。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及X射线衍射(XRD)分析方法对复合填料进行表征,结果显示,滑石粉表面包覆了一层致密均匀的TiO_(2),其晶型结构为锐钛矿型。

基于光谱法分析纳滤截留典型消毒副产物相关性研究

为提高北方某给水厂水资源利用率,采用纳滤工艺对超滤产水进行深度处理,对比研究了5种纳滤膜(T膜、H膜、F膜、N270膜与N90膜)对出水水质的提升效果,探讨了三维荧光及紫外(差分)光谱法对典型消毒副产物(DBPs)的指示作用。结果表明,N90膜对超滤产水中的三氯甲烷(TCM)和一溴二氯甲烷(BDCM)的截留率最为理想,分别为76.29%和100%,N270膜次之,而T膜截留效果最差。采用三维荧光平行因子分析法(EEM-PARAFAC)分析纳滤进出水得到C1类富里酸、C2类腐殖酸以及C3微生物代谢产物,同时利用差分光谱进行高斯拟合得到A1~A44个特征峰。基于EEM-PARAFAC分析得到的C2组分与TCM相关性最高为0.83,通过差分光谱分析得到的A3与BDCM相关性最高0.68。

阻燃纤维素气凝胶研究进展

纤维素作为天然高分子材料一直受到研究人员的广泛关注。其中,纤维素气凝胶凭借其可生物降解性、多孔性等特点,在阻燃隔热等领域展现出应用潜力。本文介绍了纤维素气凝胶的特点及制备方法,并对不同阻燃纤维素气凝胶的阻燃原理、优缺点和研究现状进行了详细综述。最后对阻燃纤维素气凝胶现有难点和发展前景进行了展望,提升阻燃效果和探索绿色、经济、可连续的生产方法是今后阻燃纤维素气凝胶重要的研究方向。

基于纤维形态的结构功能特性模拟研究进展

本文总结了计算机模拟技术在纤维形态模拟中的应用研究进展,并在此基础上分析了多种纤维材料的可视化技术及性能预测与对比,以期为实现纤维在材料中的定位模拟研究和功能材料的开发提供思考。

基于GA-BPNN算法的碳纸原纸性能指标建模预测研究

本研究通过改变碳纤维长度、碳纤维占比、分散剂用量等工艺参数,制备不同碳纸原纸,探究不同工艺参数对其抗张强度、孔隙率、透气性、电阻率的影响,采用遗传算法改进反向传播神经网络算法(GA-BPNN算法),构建了碳纸原纸性能预测模型。结果表明,碳纤维长度与碳纸原纸抗张强度、孔隙率、透气性呈正相关,与电阻率呈负相关;碳纤维占比与碳纸原纸抗张强度呈负相关,与孔隙率、透气性、电阻率呈正相关;分散剂用量与碳纸原纸抗张强度、电阻率呈正相关,与孔隙率、透气性呈负相关;碳纸原纸抗张强度、孔隙率、透气性、电阻率预测模型平均相对误差(MRE)分别为5.49%、5.75%、5.21%、5.54%,预测模型MRE均小于10%,与实验得到的工艺参数对碳纸原纸性能的关系趋势一致。

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。

分类培养背景下印刷包装类研究生双创教育模式探索与实践

当前,印刷包装行业正在加速转型升级,急需科研素养高、实践应用能力强的创新创业人才,因此加强和提升印刷包装类研究生培养迫在眉睫。本文通过分析研究生分类培养和双创教育中存在的问题,重构基于OBE的跨平台双创融合的研究生培养教学体系,提出多方参与的阶段式双创教育模式,综合提升研究生的实践应用和创新创业能力。调查研究结果显示,双创教育模式能显著提升学术型和专业型研究生培养质量。本文为印刷包装研究生教育提供了一定的实践参考。

MXene/CNF复合气凝胶的制备及其湿敏性能研究

本研究将新型二维过渡金属碳氮材料(MXene)与纤维素纳米纤维(CNF)复合,通过液氮定向和非定向预冷冻方法,冷冻干燥后制备4种不同MXene/CNF复合气凝胶,探究加入不同类型CNF、MXene和采用不同液氮预冷冻方法对复合气凝胶形貌结构的影响。结果表明,定向单层MXene/TOCNF复合气凝胶形貌最为优异;对其制备的湿度传感器在相对湿度11%~97%的条件下进行了湿敏测试,发现在MXene质量分数10%、相对湿度97%的条件下,传感器响应值增大了3倍,说明传感器对于高湿度更为敏感,且该传感器在14天内基本稳定。

生物质基碳材料用于海水淡化的研究进展

随着全球性淡水资源短缺问题的日益显著,开发高效海水淡化技术已成为化解水资源短缺的一个重要途径。目前,通过利用太阳能实现光热转换以达到海水淡化目的的研究日益深入。在利用太阳能光热转换的研究中,生物质基碳材料作为一种吸热材料,凭借原料来源广泛、获取方式便捷、价格低廉等一系列优势,成为了研究者广泛关注的对象。本文介绍了多种海水淡化技术,进一步总结了近年来国内外关于生物质基碳材料在海水淡化应用中的研究现状、当前生物质基碳材料存在的问题及相关研究进展。

匀度指数对碳纸原纸强度与孔隙特性的影响研究

本研究以碳纤维为原料,通过改变分散剂种类制备具有不同匀度性能的碳纸原纸,考察了碳纤维浆料的分散稳定性及其均匀性变化规律,探讨了匀度指数与透气度、抗张强度、孔隙率等指标之间的关系。结果表明,与单一APAM、TOCNs和PU分散剂相比,质量分数0.1%APAM和1.0%PU复合的分散剂体系制备的碳纤维浆料分散稳定性和均匀性得到改善,该复合分散剂制备碳纸原纸匀度指数最好,为10.32。随着匀度指数的减小,碳纸原纸厚度偏差从21.76 mm降至0.96 mm,抗张强度从0.15 kN/m增加到1.68 kN/m,孔隙率从93.5%下降到90.5%,透气度从1 658.9 L/(m^(2)·s)下降到1 171.5 L/(m^(2)·s)。

浸渍热压工艺对碳纸结构性能的影响及机理研究

本研究通过探究碳纸浸渍和固化过程中酚醛树脂的分布及形态结构,研究浸渍热压工艺对碳纸性能的影响。结果表明,当浸渍时间为4 min,浸渍液浓度为11%时,预固化后碳纸中所含的树脂最多,浸渍量可达154.9%。当热压温度为160℃,热压时间为20 min,热压压力为3.0 MPa时,制备的碳纸热压纸性能最好,电阻率仅27.1 mΩ·cm,抗张强度达103.9 N/cm。

生物质炭-沼液配施条件下旱地红壤碳氮循环功能基因丰度主控因子与耦合关系

为研究生物质炭-沼液配施条件下碳氮生物地球化学循环特征,本研究以典型旱地红壤为对象,按0%和2%生物质炭添加量(C0和C1)与0%和100%沼液替代比例(B0和B1)配施,探究配施条件下4年间土壤基本理化性质、碳-氮循环功能基因丰度变化特征及其相互耦合关系。结果显示:与空白处理(CK)相比,生物质炭与沼液的联合施用处理(C1B1)土壤pH提升了1.92个单位,容重降低了19.2%,全氮含量则提高了268.6%。多元非线性回归模型显示,铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和水溶性有机碳(WSOC)是影响碳氮循环功能基因丰度的主要因子。相关性热图则表明反硝化功能基因(narG、nirK、nirS和nosZ)与碳降解(chiA、pgu、naglu和gcd)、碳固定(rbcL、frdA、pccA和mct)、甲烷代谢功能基因(mxaF和pmoA)呈正相关关系。研究表明,生物质炭与沼液配施显著提升土壤质量,并通过影响土壤碳氮形态和含量改变碳氮循环功能基因丰度,最终调控土壤碳氮循环过程。

固定化核酸酶的制备及其降解沼液中抗生素抗性基因sul 1的研究

为了削减畜禽沼液中抗生素抗性基因,以壳聚糖微球为载体,戊二醛为交联剂,采用共价交联法将核酸酶固定到壳聚糖微球上,优化了固定化核酸酶的制备条件,并探究了固定化核酸酶对模拟废水和猪场沼液中磺胺类抗生素抗性基因sul 1的去除效应,为畜禽沼液中抗生素抗性基因进行生物酶法降解提供了新思路。结果表明:1)核酸酶成功固定化在壳聚糖微球表面。最佳制备条件为壳聚糖质量分数4%、戊二醛体积分数2%、交联时间8 h、固定化时间10 h。2)固定化核酸酶在模拟废水中的处理效果极佳,适用pH为5.5~8.5,适用温度为4~37℃,对模拟废水中sul 1的去除率可达100%。重复使用5次后,去除率仍保持在80%以上。3)对猪场原沼液中sul 1的去除效果不及模拟废水。稀释沼液可以有效缓解对核酸酶的抑制,稀释5倍后,在处理温度37℃、处理时间80 min条件下,对沼液中sul 1的去除率最高可达72.2%,重复使用5次后保持44.5%的酶活力。

质子交换膜燃料电池中碳纸微孔层设计的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种极具潜力的电化学装置,具有广泛的应用前景,但有效的水管理方法还需探索。不合适的水负荷会引起各种问题,包括材料的降解和反应物传质受限等,损害电池的长期耐用性。在气体扩散层(GDL)中引入微孔层(MPL)是改善水管理能力和性能的有效方式。本文综述了以碳纸为大孔底物,近年来MPL结构和材料设计方面的研究进展,展望MPL的未来研究方向,对开展提高电池性能的研究具有重要意义。

利用COMSOL对气体扩散层及燃料电池进行仿真模拟的研究进展

本文综述了利用COMSOL软件进行质子交换膜燃料电池相关结构仿真模拟的研究进展,分析基材层(碳纸层)和整个气体扩散层特性(几何参数、孔隙率等)及操作条件(压力等)对电池性能的影响,并且回顾了利用COMSOL仿真模拟在燃料电池运行条件(温度、电压等)、水管理、电池流场结构设计及性能优劣评估等方面的研究,以期为气体扩散层的结构设计和电池的性能优化提供参考。

碳纤维长度对三层梯度孔碳纸性能的影响研究

为研究不同长度的碳纤维配抄制备的梯度孔碳纸性能,本研究选取3种长度(2、4和8 mm)的碳纤维原料,探讨不同分散剂类型和纤维长度配比对单层碳纸和三层梯度孔碳纸的匀度、电阻率、抗张强度、孔隙率和透气度的影响。结果表明,卡波姆(Carbomer)作为分散剂得到的碳纤维分散效果最佳,分散稳定性指数为4.04。匀度指数在10~13之间的单层碳纸性能较好,其电阻率为90 mΩ·cm,抗张强度为0.250 kN/m,孔隙率为92%,透气度为1 200 L/(m^(2)·s)。与单层碳纸相比,三层梯度孔碳纸的抗张强度(0.410 kN/m)和透气度(1 230 L/(m^(2)·s))有所增加,且碳纤维长度配比对三层梯度孔碳纸的孔隙形貌影响显著;长度4和8 mm的碳纤维配抄制备的三层梯度孔碳纸的性能优于其他2组(2和4 mm配抄及2和8 mm配抄),其电阻率低至19.53 mΩ·cm,孔隙率为92%。