对甲基苯磺酸水解-高压均质法制备多尺度木质纤维素纳米纤丝

以杨木化学机械浆为原料,采用对甲基苯磺酸水解-高压均质法制备木质纤维素纳米纤丝(LCNF);研究对甲基苯磺酸水解过程中木质素脱除规律及残余木质素对LCNF微观形态、尺寸、结晶结构和热稳定性的影响。结果表明,对甲基苯磺酸水解能有效去除木质素,削弱纤维间结合力,有利于高压均质过程中的微纤丝解离分散。与纤维原料相比,LCNF的无定形区遭到破坏,结晶度由43.9%增至66.0%。通过酸水解可以调控残余木质素含量,进而控制高压均质后LCNF的平均宽度,实现多尺度LCNF的制备。LCNF的木质素含量越低,LCNF分散性越好、尺寸越均一。当残余木质素含量为4.89%时,LCNF平均宽度最小(10.6 nm),最大热失重降解温度(Tmax)在350~360℃。

纳米纤维素气凝胶构建及其过滤聚苯乙烯微塑料性能研究

以漂白桉木浆为原料,分别通过2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(EPTMAC)对其化学改性,并借助高压均质处理得到改性纤维素纳米纤丝(CNF),最后采用冷冻干燥法制备得到改性CNF气凝胶。研究了聚苯乙烯微塑料(PSMPs)种类和浓度对改性CNF气凝胶过滤性能的影响。结果表明,EPTMAC改性气凝胶(QCNF)对羧基化聚苯乙烯(PS-COOH)的过滤效率为99%;TEMPO氧化改性气凝胶(TCNF)对氨基化聚苯乙烯(PS-NH_(2))的过滤效率为75%。改性CNF气凝胶对PSMPs的过滤性能得益于材料本身的超亲水性、独特的三维多孔结构和表面丰富的活性结合位点。此外,QCNF气凝胶经过8次循环过滤后,QCNF气凝胶对PS-COOH的过滤效率始终保持在99%以上,过滤通量稳定且超过20.2L/(m^(2)·h),具有良好的稳定性和可重复利用性。

麦草化学机械浆湿部化学特性及造纸滤水性差、干燥能耗高原因分析

麦草化学机械浆不仅得率高、强度性能好,而且纸浆生产成本低。但在造纸过程中存在纸浆水化程度高、滤水性差及纸干燥能耗大等突出问题。研究结果表明:在草片磨成浆进行消潜-筛选净化-浓缩-贮浆过程中,由于制浆残碱和温度的作用,纸浆中的半纤维素一直在持续溶出,表现在水相中阴离子物质的阳离子需要量增大、纸浆纤维表面的羧基含量增加,导致水化程度上升;溶解进入水相的半纤维素分子片段通过高价金属离子能重新回吸到纤维表面,进一步增大了纸浆的水化程度。采用羧甲基淀粉模拟半纤维素,在钙离子环境下重现了半纤维素的回吸现象验证实验。因此,在麦草化学机械浆生产过程中,半纤维素溶出与回吸不仅导致纸浆的水化程度加重,而且导致了纸成形时滤水性变差、干燥能耗高的重要原因。

酸性助水溶剂制备木质纳米纤维素及功能应用研究进展

木质纳米纤维素因具有制备工艺简单、环境友好、成本效益高等特点而在各领域受到广泛关注,其制备与应用已成为相关领域的研究热点。然而,木质纤维组分间的聚集结构和复杂的化学键(醚健、酯键等)结合形成了抗解聚屏障,需要对其进行预处理破除屏障。酸性助水溶剂体系具有溶解选择性高、产物易分离、可循环利用等优点,是一种高效环保的绿色预处理工艺,是木质纳米纤维素制备及高值化利用的重要预处理方法。本文首先介绍了酸性助水溶剂的概念及作用机理,综述了酸性助水溶剂体系制备木质纳米纤维素的方法及性能,讨论了木质纳米纤维素的功能化应用进展,最后总结了酸性助水溶剂体系存在的不足,并对其今后的研究方向进行了展望。

大创项目实施过程中学生积极性流失的原因及对策——以南京林业大学轻化工程专业为例

落实立德树人根本任务,持续深化高校创新创业教育改革,深入实施大学生创新创业训练计划,旨在增强高校学生的创新创业能力,培养适应创新型国家建设需要的高综合素质人才。文章结合轻化工程专业一线教学经验从多角度进行了思考,就大创项目实施过程中学生积极性流失问题进行了分析,并对解决方法进行了探究。

纳米纤维素基紫外屏蔽膜材料的研究进展

纳米纤维素是一种高透明度、高机械强度的材料,使用不同的方法如真空过滤法、溶液浇铸法等可将其制备成膜材料。通过对纳米纤维素进行改性或添加紫外屏蔽剂可以提高膜材料的紫外屏蔽性能,实现其在光敏材料覆膜、食品包装、紫外防护等领域的应用价值。首先介绍了紫外屏蔽剂作用机制,重点综述了改性纳米纤维素、纳米纤维素/无机氧化物、纳米纤维素/木质素及其他复合紫外屏蔽膜材料的研究进展,最后总结并展望了纳米纤维素基紫外屏蔽膜材料制备及应用所面临的机遇和挑战。

纳米纤维素纤维凝胶特性及其应用

纳米纤维素纤维在水溶液中可以通过物理缠绕以及氢键结合的方式形成具有稳定三维网络结构的水凝胶。纳米纤维素水凝胶具有无毒性及良好的生物相容性,在生命科学领域应用前景广阔。而纳米纤维素气凝胶保持凝胶的三维网络结构,其高比表面积、低密度及优异的隔热性能等在建筑、能源电子器件、油水分离等领域也同样有着巨大的应用潜力。本文从纳米纤维素基本特性、纳米纤维素水凝胶、纳米纤维气凝胶研究及应用情况进行了介绍,并分别对纳米纤维素水凝胶与气凝胶的优异性能及应用进展进行了总结。

p-TsOH对稻草的组分分离动力学及分离产物性质

在当前资源短缺和能源危机问题的背景下,用稻草等非木质纤维素原料制备生物质基材料等的研究备受重视。使用质量分数20%~60%的对甲苯磺酸,在60~80℃的反应温度、15~60 min的时间内对稻草进行组分分离,得到的纤维固体产物的得率基本在60%以上,灰分含量在10%以上。通过固体产物与废液等的化学成分分析,得到组分分离的脱木质素反应动力学曲线、半纤维素降解动力学曲线和反应动力学方程相应的参数值。分析了反应的联合脱木质素因子(CDF)跟固体产物的纤维组成、形态和表面电荷等之间的关系。根据反应剧烈程度,把CDF曲线分成3部分:当CDF值小于3000 min·mol/L时,纤维分离不彻底;当CDF值为3000~6000 min·mol/L时,纤维分离程度较好;当CDF值大于6000 min·mol/L时,纤维虽分离良好,但纤维断裂较多,碎片化严重。CDF因子越高,纤维表面Zeta电位绝对值越高,但红外光谱和羧基含量结果显示纤维的官能团类型没有变化。CDF曲线转折点附近的P30T80t30和P45T70t60条件下的纤维得到了有效的分离,并较好地保持了纤维形态,适用于造纸。

轻化工程(制浆造纸方向)专业英语课程教学的优化策略

在全球纸业蓬勃发展,纸业科技飞速更新,我国纸业不断扩增的时代背景下,培养跨文化交流复合型人才成为大势所趋。相应地,输出既掌握扎实的轻工专业知识,又具有深厚的语言功底,娴熟的语言技能的优质毕业生成为高校轻化工程(制浆造纸方向)专业的人才培养目标。为此,基于高校轻化工程(制浆造纸方向)专业英语教学的必要性和传统英语教学方法的局限性,文章探索了制浆造纸专业英语课程教学的优化策略,以期提升轻化工程(制浆造纸方向)专业英语教学效果。

纳米纤维制备过程中酶处理对分散性能的影响

植物纤维原料中少量的纤维素、半纤维素及木质素之间存在着醚键、酯键和苯基糖苷键等化学键联结,形成木质素碳水化合物复合体(LCCs),而这种共价键联接可能使微纤丝难以彻底解离成纳米纤维,由此影响到纳米纤维的分散及稳定性能.试验以漂白硫酸盐云杉木浆为原料,经打浆、磨浆及高压均质处理的常规制备纳米纤维流程,在高压均质前增加木聚糖酶/漆酶体系处理环节,研究探讨其对纳米纤维分散及稳定性能的影响.结果表明,经木聚糖酶和漆酶处理后,红外吸收光谱分析发现在811 cm-1处的半乳葡甘聚糖、896 cm-1处异头碳(C1)伸缩振动、1 056 cm-1处苯环伸展振动(木素)、1 161 cm-1处C-O-C不对称伸展振动、1 460 cm-1处-CH2变形振动(木质素苯环间侧链)等特征吸收峰强度均明显减弱或消失,表明存在于微纤丝之间的半纤维素和木质素发生降解,LC键发生断裂.同时,经过木聚糖酶和漆酶处理后,SEM显示纤维结构变得疏松、表面裂纹及孔隙变大;经高压均质处理后制得的纳米纤维,其水相分散及稳定性能得到明显提高.

疏水亲油木质纳米纤维素气凝胶的制备及表征

以芒草秸秆纤维为原料,采用柠檬酸预处理结合高压均质制得木质纳米纤维素(LCNF);LCNF在催化剂三乙胺作用下与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)交联制备高吸油性木质纳米纤维素气凝胶,利用冷场发射扫描电子显微镜、红外光谱仪、热重分析仪、光学接触角仪对气凝胶性能进行表征分析,并以重量法测定气凝胶的吸油性能。研究结果表明:改性LCNF气凝胶有明显的多级微/纳粗糙结构,且具有良好的热稳定性和疏水吸油性能,最大失重热降解温度和水接触角分别为353.6℃和152.2°;红外光谱分析表明LCNF上的羟基与MDI的异氰酸根发生交联反应;当LCNF与MDI的质量比为1∶4时,改性气凝胶的水接触角为138.1°,吸油性能最佳,对氯仿的吸油倍率可达41.6 g/g。

打浆与羧甲基改性处理对甘蔗浆纤维形态及结晶结构的影响

甘蔗纤维通过打浆、磨浆及羧甲基化改性处理,采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射等方法研究分析改性前后纤维形态和结晶区变化。研究结果表明:打浆及磨浆处理后的纤维,再经羧甲基改性,可以在纤维保留一定长度的前提下,在纤维微纤丝层间进行较均一低取代度羧甲基改性反应。羧甲基取代度低于0.5时,改性后的纤维基本保持原有的纤维素晶型结构。打浆及磨浆处理使得纤维结构变疏松,羧甲基改性反应在纤维微纤丝层间的进行,使纤维微纤丝层水化、层间结合力削弱,为纤维微纤丝柔性解离、制备分散性能优异的纳米纤维创造了条件。

多元羧酸预处理制备木质纳米纤维素及其性能研究

以芒草秸秆纤维为原料,采用草酸、顺丁烯二酸和柠檬酸预处理结合高压均质制得3种木质纳米纤维素(LCNF),并利用冷场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射扫描电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)分析仪和热重(TG)分析仪对LCNF性能进行表征分析。研究结果表明:多元羧酸预处理能促进纤维吸水润胀,削弱纤维之间结合力,有利于高压均质过程中的微纤丝解离。多元羧酸pKa值越小,酸性越强,预处理过程纤维水解越剧烈,制得的LCNF尺寸越均一。3种多元羧酸中草酸的pKa值最小为1.25,草酸制得的LCNF(O-LCNF)平均宽度最小为15.3 nm。与芒草秸秆纤维原料相比,高压均质会削弱微纤丝之间的氢键作用力,使得LCNF的部分结晶区遭到破坏,结晶度下降,草酸、顺丁烯二酸和柠檬酸体系制得的O-LCNF、M-LCNF和C-LCNF结晶度分别为50.4%、48.2%和50.0%。在草酸预处理体系下,所得的O-LCNF热稳定性最好,最大热失重速率温度为353.2℃。

木质素基碳点和石墨烯量子点制备方法研究进展

碳点(CDs)和石墨烯量子点(GQDs)由于结构稳定、环境友好、水分散性和生物相容性良好、易于功能化改性和可光致发光等优点已成为备受关注的零维碳纳米材料,有望广泛应用于生化指示、生物医学、储能、显示器件和催化等前沿领域。近年来,相比于传统的化石燃料基化合物,来自可再生生物质的木质素及其衍生物不仅价廉易得、活性基团丰富,而且具有天然芳香结构,已成为CDs和GQDs的重要前驱体。但是,已有报道对木质素的解聚机制认识不足,这也逐渐成为制约木质素基CDs和GQDs性能提升的瓶颈之一。因此,必须阐明木质素在相关工艺过程中发生解聚的化学本质,并明确杂原子掺杂与木质素基CDs和GQDs的激发依赖发光行为的内在联系。笔者首先介绍了木质素基CDs和GQDs的制备方法发展历程和潜在应用,同时对其结构和性质等进行评述,重点讨论并总结了制备具有出色激发依赖发光行为的木质素基CDs和GQDs的技术难点,认为开发一类适用于普遍性木质素原料的高效环保解聚策略,以及揭示木质素基CDs和GQDs的杂原子掺杂与其激发依赖发光行为的关联机理将成为该领域今后的重点研究方向。

助水溶剂应用在生物质精炼领域的研究进展

将助水溶剂体系应用于生物质精炼领域是当今的研究热点之一,助水溶剂可以有效地将木质纤维组分分离,实现产物的高附加值利用,如用助水溶剂处理木质纤维原料生产生物质燃料、化学品、生物基复合材料等。综述了近年来利用助水溶剂体系分离纤维组分以及制备生物乙醇、纳米纤维素、纳米木质素及其他高附加值产品的应用研究。

稻草低温p-TsOH制浆性能研究

对稻草进行对甲苯磺酸(p-TsOH)一步法制浆和两步法制浆,并与碱法制浆进行对比,探讨了p-TsOH法制浆的可行性。结果表明,与碱法稻草浆相比,p-TsOH稻草浆的得率更高,成纸的松厚度及强度更好;p-TsOH两步法制浆可以进一步提高木质素脱除率,且浆料纤维断裂少,平均纤维长度更长。其中,稀碱-p-TsOH两步法制浆(N-P45T70t60)比p-TsOH一步法制浆(P45T70t60)的木质素脱除率高12.7个百分点,成纸的抗张指数和耐破指数分别高4.52 N·m/g和0.653 kPa·m^(2)/g,耐破指数与碱法稻草浆成纸相当。

六方氮化硼/纳米纤维素气凝胶孔结构调控及其复合膜导热性能研究

为解决微型化电子电器设备内部的散热问题,本研究设计、制备了具有不同孔结构的六方氮化硼(h-BN)/TEMPO氧化纳米纤维素(TOCNF)气凝胶,后复合TOCNF,制备了h-BN/TOCNF复合膜。结果表明,当h-BN与TOCNF固含量比为3∶1时,在气凝胶内部,h-BN可以沿着TOCNF骨架形成三维网络状导热通道,此时TOCNF对h-BN间产生的热阻最小,且能够对h-BN起到良好的分散作用,导热通道的构建效率最高,制备的复合膜导热系数高达1.355 W/(m·K),相比于纯TOCNF膜提高了228%;体积电阻率为4.53×10^(14)Ω·cm,具有良好的绝缘性能。此外,通过热重(TG)分析发现,h-BN/TOCNF复合膜的初始分解温度约为210℃,具有良好的热稳定性;且h-BN/TOCNF复合膜具有优异的力学性能,其中h-BN和TOCNF固含量比为1∶1时,复合膜的强度最好,断裂伸长率约为13%,拉伸强度为24.8 MPa,随着h-BN含量的增加,复合膜的断裂伸长率变低,拉伸强度变化不大。

对甲基苯磺酸预处理麦草备料废渣制备纳米纤维素?

以麦草备料废渣为原料,经对甲基苯磺酸水解和盘磨机械处理得到纤维素纳米纤丝,并采用化学组分分析、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X-射线衍射仪和热重分析仪研究探讨灰分和木质素含量对纳米纤维素形态、尺寸、结晶度和热稳定性的影响。结果表明,经过水洗涤和酸水解处理后麦草备料废渣的木质素含量从18.56%减少到10.05%;同时,麦草备料废渣原料结晶度从50.5%升高到59.1%。原子力显微镜观察表明,灰分和木质素含量越低,得到的麦草备料废渣纤维素纳米纤丝分散性越好,尺寸分布越均匀,微纤丝平均直径在60 nm左右。热重分析表明,得到的纤维素纳米纤丝在500℃后仍有高达36.3%的残余率,说明该方法用于制备麦草备料废渣可以成功制得纳米纤维素,且反应条件温和,对结晶度损害小。

切短与压溃对制备柔性纳米纤维素纤维作用

天然纤维素超分子结构中存在高度规整的结晶区,以及微纤丝间超强的氢键强结合力使纤维素难以溶于大多数的普通溶剂,常规的化学或物理方法难以将纤维很好解离成微纤丝。本文依据木质纤维分子结构与形态特征,分析切断与切短、压溃、搓揉与剪切等方法对纤维微纤丝解离的作用。结果表明,纤维切短有助于纤维的压溃及纵向开裂,加速水分子向纤维内部渗透,削弱纤维微纤丝层间的结合力,促进纤维的润涨及水化;充分润涨与水化的纤维经机械搓揉及高剪切力作用,能实现纤维微纤丝的解离,得到尺寸均一的柔性纳米纤维。

柔性纸基电磁屏蔽材料制备及性能研究

该文以石墨烯为导电剂,定量为28 g/m^(2)薄页纸为基体制备出一种具有电磁屏蔽性能的复合材料.通过抽滤与表面涂覆的方式,在薄页纸的表面均匀沉积石墨烯,同时添加少量的聚乙烯醇(PVA)用于增加材料的柔韧性能.采用小同轴屏蔽效能测试装置、万能表、扫描电镜、电子万能试验机对电磁屏蔽纸的理化性能进行了表征与分析.结果表明,采用抽滤的方式得到的电磁屏蔽纸具有更优异的导电性能和电磁屏蔽性能,在频率200 MHz~3000 MHz之间,其最佳屏蔽效能可以达到21 dB,相比于表面涂覆法得到的电磁屏蔽纸其屏蔽效果提升了10 dB左右,同时PVA的添加有效地提高了材料的柔韧性能,满足了实际应用的需求.