植物纤维拆解及自成型技术研究进展

植物纤维属于植物的厚壁组织,植物纤维的利用对我国减少碳排放,实现碳中和目标具有重要意义。植物纤维是一种具备高长径比,能够自交织成型的生物质材料,将其加工成纤维制品,可以减轻对石油基等不可再生资源的依赖。重点介绍了化学拆解、物理拆解和生物拆解获得不同尺度植物纤维的机理、优缺点,并且对拆解后不同尺度的植物纤维所需的成型工艺和发展趋势进行了综述。未来需要在木质素高效拆解的基础上,开发不同尺度纤维的高效成型技术,使预处理和成型工艺更加低碳环保,提高植物纤维制品的应用效果和使用性能。

秸秆纤维尺寸对育秧基质块干燥及吸水速率的影响

为阐明秸秆纤维尺寸对真空脱水成型的育秧基质块干燥及吸水速率的影响,利用粗粉发酵磨浆(A),细粉发酵磨浆(B),细粉发酵(C)3种纤维处理工艺经真空脱水制备水稻育秧基质块,通过基质块中纤维尺寸频率分布、纤维与水分结合能,结合不同基质块孔隙度、干燥和吸水速率变化,拟合出育秧基质块的干燥及吸水模型。结果表明,磨浆和粉碎分别减小纤维直径和长度,基质块A的纤维长宽比最大为19.5,持水孔隙和总孔隙度分别达到85.66%和93.48%,纤维与水分结合能(XA=0.11 kg water/kg DS)显著优于其余纤维处理工艺。干燥动力学Logarithmic模型较优拟合出基质块水分损失速率,纤维长宽比最小的基质块C的水分干燥速率最快为0.29 kg/(kg·h),水分扩散系数最大为1.962×10^(-5)m^(2)/s,基质块C达到饱和含水率的时间最短为61.5 min,但饱和含水率数值最低为531.06%。综上所述,细分发酵工艺制备的纤维长宽比小的基质块干燥效率和吸水速率最优。

樟树加工剩余物热压成型制备育苗容器及性能评价的研究

为拓宽樟树加工剩余物高值化利用途径,以樟树加工剩余物为增强材料,以脲醛预聚物和淀粉胶黏剂为黏合剂,通过热压成型工艺优化制备育苗容器,研究了育苗容器成型性、抗破损率以及成型配比对育苗容器性能的影响。脲醛聚合物(UF)与淀粉胶黏剂(SA)配比为3:7,育苗容器的成型性大于95%,抗破损率达到1.71%±0.06%。湿强剂(WA)与增强剂(ST)比例为5:5,育苗容器成型性大于90%,抗破损率达到1.69%±0.04%。热压成型压力22 MPa、热压温度120℃、不排气及保压时间5.5 min时,育苗容器的拉伸强度及膨胀率性能最佳。

液相色谱-三重四极杆质谱仪临床评价审评思考

液相色谱-三重四极杆质谱仪基于液相色谱-质谱联用技术,以液相色谱作为分离系统,质谱作为检测系统。化合物随流动相进入质谱的离子源后,液体被雾化,化合物离子化后,经质谱的质量分析器按质荷比分开,经检测器得到质谱图。质谱仪作为物质定量定性的工具,由于其高准确性、高特异性被引人临床,用于对生物样本中诊断指示物和治疗监控化合物等进行定性定量分析,从而辅助临床诊断。

打印秸秆基质盘播种对水稻秧苗素质、栽插质量及产量的影响

以宁两优1号为供试品种,比较分析了打印秸秆基质盘(T1)、秸秆基质盘(T2)、营养土(CK)所育秧苗的素质、移栽质量和水稻产量的差异。结果表明,播种后7 d,T1处理出苗数达2.50株/cm2,比T2处理和CK分别高出5.49%和2.88%,所育秧苗的株距离散程度三者中最小,播种均匀度较T2处理和CK分别提高25.00%和50.00%;茎基宽、发根力和根系盘结力明显优于T2处理和CK,分别高0.04 mm、0.28 cm、0.12 kg和0.33 mm、0.35 cm、1.89 kg;移栽后漏插率和飘秧率与T2处理差异不显著,但显著低于CK37.92%和58.98%,结实率分别比T2处理和CK提高1.95%和2.52%,千粒重分别增加1.56%和2.38%,产量分别提高6.27%和7.18%。结果可为水稻集中规模化育秧及推进机插秧水平进程提供理论支撑。

氯化胆碱/尿素预处理水稻秸秆及其解离纤维结构性能的表征

采用氯化胆碱/尿素低共熔溶剂(DES)体系预处理水稻秸秆,协同盘磨机械均质化处理对秸秆纤维进行解离,当DES添加量为秸秆质量的1.5%、2.5%、3.5%、4.5%时,制备的解离纤维浆料分别标记为DES-1.5%、DES-2.5%、DES-3.5%和DES-4.5%,并以未添加DES处理得到的样品为对照样(CK)。利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜和荧光显微镜对解离纤维的性能进行表征,通过NREL法分析不同DES添加量处理的解离纤维的化学组分,并计算盘磨机械能耗及解离纤维的成膜力学性能。结果表明:DES体系协同盘磨机械均质化预处理可通过氢键的竞争作用破坏LCC的连接,从而促进秸秆纤维的解离,利于纤维分丝帚化。与CK相比,当DES添加量为3.5%时,微纤丝角和结晶度分别由35.84°、41.3%提高至47.61°、50.1%,木质素质量分数下降了5.3个百分点,且秸秆纤维表面层断裂加剧,盘磨加工能耗降低了160 kW·h/t,该条件下制备的秸秆纤维地膜加权力学性能最好。荧光显微镜观察结果表明DES预处理可加速木质素向秸秆纤维表层的迁移和溶出。

水稻秸秆好氧发酵行为及其生物机械制浆性能探讨

对农业秸秆进行好氧发酵耦合机械解离可获取高性能纤维制纸浆模塑、纸和纸板产品,为秸秆离田高值化利用提供一条新途径。本研究采用复合菌剂(2株土芽孢杆菌(Geobacillus sp)、1株副土芽孢杆菌(Parageobacillus sp)和4株栖热菌(Thermus sp))对水稻秸秆进行堆垛发酵30 d后再进行机械解离,考察其生物机械浆的性能。研究结果显示:发酵过程呈现显著的阶段性:升温1天、高温发酵阶段10天,第12天进入降温腐熟阶段,其中高温发酵段最高温度达60.0~66.2℃。好氧发酵至第8天时,固体物料得率为71.22%,与未发酵处理的纤维物料相比,发酵8天物料解离后纤维保水值达到1.95,增加18.56%,平均纤维长度为0.639 mm,增加2.73%,浆料抗张指数(8.51 N·m/g)、撕裂指数(9.2 mN·m^(2)/g)和耐破指数(0.72 kPa·m^(2)/g)分别增加15.15%、9.52%和10.77%。水稻秸秆升温和高温发酵阶段主要物质损失来自半纤维素和纤维素,木质素降解较为缓慢,其中半纤维素和纤维素的快速降解为堆体快速升温和高温提供了主要的碳源和热量。综合考虑发酵得率及纤维浆料的强度性能,水稻秸秆的发酵时间宜控制在8天以内。

接种娄彻氏链霉菌发酵对秸秆纤维性质的影响

以水稻秸秆为原料,接种娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei),通过生物发酵和机械盘磨制备了秸秆纤维。利用电子万能试验机、接触角测量仪、荧光光谱仪、热重分析仪对不同目数的秸秆纤维及其成型材料的性能进行表征分析。试验结果表明:随着秸秆纤维尺寸的减小,纤维间的结合力逐渐增强,但需要更大的干燥强度。秸秆纤维的持水性和吸水性随着发酵时间的增加呈先增大后减小的趋势,随纤维增大吸水性呈升高趋势,但持水性随纤维的增大呈降低趋势。随着发酵时间的增加,秸秆纤维吸水性先逐渐降低,并且随烘干温度的升高接触角不断增大,在生物发酵7 d时成型材料水溶性有机物最多。烘干温度从150℃升高到190℃,抗张强度先增加后降低,纤维疏水性能逐渐增强;温度低于170℃时,抗张强度随温度升高不断增强,高于170℃则显著下降。接种娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)发酵对秸秆纤维拆解具有促进效果,经生物发酵7 d和盘磨的秸秆纤维性能最佳,适宜于制备秸秆基质块。

玄武岩纤维改性大豆蛋白胶黏剂性能及胶合机理

为提高大豆蛋白胶黏剂的胶合强度,开发环境友好型木材用生物质胶黏剂,采用玄武岩纤维(basalt fiber,BF)作为增强改性剂,成功制备了胶接性能优良的玄武岩纤维改性大豆蛋白胶黏剂(basalt fiber/soybean protein isolate adhesive,BF/SPIA),并对BF/SPI的胶接强度、流变特性、化学基团及形态结构进行了分析。研究结果表明:随着玄武岩纤维用量的逐步提高,改性大豆蛋白胶黏剂的力学强度呈先增加后下降的趋势。当BF质量分数为5%时,BF/SPIA干、湿状胶接强度分别达2.15和0.92 MPa。流变特性测试结果表明BF/SPI胶黏剂的剪切模量有所增加;傅里叶红外光谱(fourier infrared spectrum,FTIR)显示出改性大豆蛋白胶黏剂中亲水基团降低,Si—O键特征峰明显,BF与大豆蛋白分子间相互作用,形成新的复合结构;扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)图谱印证了BF与SPAI两相体系融合性良好,且固化胶接界面较为致密。中试试验结果进一步表明玄武岩纤维改性大豆蛋白胶黏剂具有良好的稳定性,其湿状胶接强度可高达1.05 MPa,木材压缩率仅14.92%,实用性较强。该研究可为改性大豆蛋白胶黏剂的工业化应用及推动环保木材胶黏剂的应用进程提供理论参考。

稻壳/大豆蛋白基黏合剂成型育苗钵性能评价及成因分析

以稻壳为原材料,采用大豆蛋白基黏合剂捏合成型制备育苗钵,研究了稻壳育苗钵的耐水特性;通过育苗试验研究了育苗钵对黄瓜的生物学效应,并分析了育苗钵育苗周期与拉伸强度间的相关性。结果表明:育苗钵最大平衡吸水率及厚度膨胀率分别为26.78%和10.73%,具有较好的耐水特性;育苗钵经干湿热循环处理后拉伸强度最大降幅约50%(P<0.05)。生物学效应试验表明,育苗钵高浓度浸提液对黄瓜发芽率影响显著,低浓度浸提液对种子发芽率有一定的促进效应;育苗效果试验验证育苗钵对黄瓜生长长势有促进作用。以干湿热循环处理后拉伸强度为自变量,育苗钵育苗周期为因变量,建立了相关模型y=-0.35X2+9.43X-5.85(R2=0.947 3)。该育苗钵具有适宜的耐水性和强度,育苗效果良好,是一种理想的育苗器具,可应用于作物的育苗。

大豆蛋白基生物质胶黏剂的合成及热力学性能

以大豆蛋白为原料,研究了生物质大豆蛋白胶黏剂(SPA)的合成及热力学性能。在单因素试验基础上,采用GL9(34)正交平衡区组设计试验,对改性SPA的合成工艺进行了优化。结果表明:改性SPA优化合成工艺条件为硫脲用量1.5 mol,二氧化硅质量0.5 g,三聚磷酸钠质量3 g,最佳工艺下SPA(OSPA)胶接木质材料湿状胶合强度达1.01 MPa,与正交平衡区组设计第7组SPA(SPA7)相比,其胶合强度降低了10%,但胶合板压缩率减少了29.35%,多次验证,湿状胶合强度变异系数为1.7%,具有较高的实用性和稳定性。差示扫描量热仪(DSC)曲线上出现结晶吸热峰,且OSPA起始温度降低,峰值温度略提高,其热焓值由83.89 J/g升高到99.61 J/g;热重分析(TG)表明OSPA分解温度向高温偏移,至800℃时残炭率为25.20%,热稳定性提高。扫描电镜(SEM)分析表明OSPA界面出现诱发银纹,断面层形貌结合致密,改善了大豆蛋白基生物质胶黏剂的胶合强度及耐水性。

大豆蛋白改性脲醛树脂胶的合成及降解性研究

以碱水解后的大豆分离蛋白(SPI)为改性剂,替代一定量的尿素,制备大豆分离蛋白改性脲醛树脂,以改善脲醛树脂的胶合强度、游离甲醛释放及储存稳定性。分析了SPI的甲醛反应能力,以及改性脲醛树脂的胶合强度、热稳定性和生物降解性。结果表明,当SPI水解时间40 min,甲醛的反应能力达到59.23 mg/g,水解SPI尿素替代率对脲醛树脂的黏结性影响最大;当水解温度85℃,SPI取代尿素质量的15%时,优化后的树脂胶合强度达1.16 MPa。DSC分析表明改性树脂(SPI/UF)与脲醛树脂(UF)相比,比热容差减少了18.7%,SPI/UF树脂具有较好的热稳定性。SPI/UF树脂经微生物接种培养后,20 d时树脂表层有霉菌生成。

稻壳粉/改性脲醛树脂模压成型材料的力学性能

为了研究成型材料对模压花盆力学性能的影响,该文以改性脲醛树脂为基体树脂,稻壳与稻壳粉为增强材料,经混炼、热压、成型工序,制备出一种环保花盆。探讨了脲醛树脂改性、改性脲醛树脂用量、稻壳与稻壳粉比例以及湿循环处理对花盆力学性能的影响,采用热重分析仪(thermo-gravimetric analysis,TGA)及扫描电子显微镜(scanning electronic microscope,SEM)分析了秸秆花盆湿循环处理前后的热稳定性及微观结构。结果显示:改性脲醛树脂和稻壳粉有利于改善秸秆花盆的力学性能,当增强填料与基体树脂的比例为1:0.5,稻壳占稻壳粉的质量分数为30%时,花盆的静曲强度(modulus of rupture,MOR)、弹性模量(modulus of elastic,MOE)及拉伸强度(tensile strength,TS)分别达75.48 MPa、16.06 GPa、17.44 MPa;湿循环处理试验中,以稻壳为增强材料为例,当基体树脂为改性脲醛树脂时,其MOR、MOE及TS分别降低21.97%、24.91%、15.09%;当基体树脂为大豆蛋白改性脲醛树脂时,其MOR、MOE和TS分别降低9.92%、15.37%、30.10%。热重分析发现湿循环处理后花盆热稳定性有所提高,微商热重出现最大失重率的温度向高温侧偏移29.5℃。扫描电子显微镜分析表明湿循环处理后样品表面粗糙度增加,增强体与树脂发生分离。该研究结果为进一步研究秸秆花盆制作工艺和使用年限的相关性提供理论依据。

水稻秸秆育秧基质综合效益评价及市场应用前景分析

为了评价水稻“秸秆育秧基质”技术在实际应用的综合效益,采用成本收益法计算秸秆育秧基质的成本,并通过与其他同类产品应用情况的对比分析,研究秸秆育秧基质的优势。结果表明,秸秆育秧基质盘的生产成本较高,为1.5~1.6元/片,但水稻产量具有绝对优势,生产净收益高于其他基质盘,且可节约土壤资源及农业劳动力投入,具有明显的社会与生态效益,有助于推动农业绿色发展。秸秆育秧基质优势明显,具有十分广阔的应用前景,尤其适合水稻机械化生产地区推广。

纳米SiO_2/氨基淀粉黏合剂秸秆炭的结构及除磷特性

将秸秆粉用氨基淀粉黏合剂均相包覆,并掺杂纳米二氧化硅(nano SiO_2),采用原位发泡、炭化处理技术制备成纳米SiO_2/氨基淀粉黏合剂秸秆炭(掺杂纳米SiO_2秸秆多孔颗粒炭,nano SiO_2/AR-biochar)。通过透射电镜(transmission electron microscope,TEM)、热稳定性(thermogravimetry,TG)、扫描电镜-能谱扫描(scanning electron microscope-energy dispersive spectrometer,SEM-EDS)、比表面积与孔分析(Brunauer,Emmett and Teller,BET)、氮气吸附和压缩测试等技术手段对nano SiO_2/AR-biochar的孔结构特征、比表面积、微观形貌及压应力进行系统表征,并研究了nano SiO_2/AR-biochar对磷酸根吸附过程等温线及动力学模型。结果表明,掺杂nano SiO_2/AR-biochar孔结构分布匀称、比表面积大幅改善;TEM和SEM发现,掺杂nano SiO_2秸秆多孔颗粒炭材料的表面可形成类似海绵絮状结构,为炭材料提供较高的吸附位点;掺杂nano SiO_2可显著提高炭材料的机械压缩性能,当掺杂量为秸秆粉质量的6%时,压缩强度由3.89 MPa增加到7.96 MPa,增幅达104.6%。由于纳米SiO_2的掺杂,nano SiO_2/AR-biochar具有了更强除磷效果,且吸附过程符合准二级动力学模型,在短时间内(5 min)其吸附率可高达18.42 mg/g,体现了该掺杂纳米二氧化硅秸秆多孔颗粒炭具有良好的除磷特性。

原位土培秸秆育苗容器的降解特性光谱分析

为研究新型可降解育苗容器降解行为,以改性大豆胶为基体树脂,秸秆为增强材料热压制备的秸秆育苗容器为研究对象,利用原位土培降解秸秆育苗容器,采用纤维素测定仪、傅里叶红外光谱(FTIR spectra)、扫描电镜-X能谱(scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS)以及热重(thermo-gravimetry,TG)等分析手段,对秸秆育苗容器土培降解前后物理、化学组分和结构变化进行表征。研究结果表明:与土培前秸秆育苗容器相比,土培降解秸秆容器中纤维素、半纤维素和木质素相对含量从29.03%,30.44%和12.52%降低至21.43%,21.41%和9.54%;FTIR分析表明土培降解后秸秆育苗容器中酯键和脂肪键发生断裂,且芳香族特征峰明显减弱;SEM-EDS谱图结果证明秸秆容器中微纤丝链段、基体树脂溶解,材料表面发生氧化降解;TGA结果分析表明土培秸秆容器内部存在大量小分子物质,分解后残余物耐热性提高。

水解大豆分离蛋白改性UF的合成工艺及性能研究

采用正交试验法探讨了大豆分离蛋白(SPI)的水解酸碱度、水解时间、水解温度及其用量对改性UF(脲醛树脂)胶粘剂性能的影响,并分析确定了合成该改性UF胶粘剂的最优方案。结果表明:当水解底物浓度为12.5%(即SPI/水质量比为1∶7)、碱用量(即固态NaOH/绝干SPI质量比)为1%、水解时间为40 min、水解温度为85℃和水解SPI对尿素的替代率(即绝干SPI水解物/尿素质量比)为15%时,改性UF胶粘剂的性能满足GB/T 14732—2006标准要求;改性UF胶粘剂大多数指标的变异系数<5%,说明该最优方案具有较好的稳定性和可靠性;FT-IR表征结果表明,SPI与甲醛-尿素共聚体系发生了化学反应。

竹材苄基塑料化改性的研究

以NaOH溶液作润胀剂及催化剂、氯化苄作醚化剂对竹材表面及内部进行塑化改性,并用红外光谱、扫描电镜及GC接触角分析对苄甲基化竹(塑化竹)的分子结构、微纤丝形态及表面自由能进行研究和表征。结果表明:改性竹的分子结构产生了显著变化;塑化竹表面形态发生改变,原有线性结构基本消失,表面形貌与受热皱缩的塑料极为相似;塑化竹的总表面自由能减少,表面自由能极性部分与未处理竹相比降低近一倍,其非极性部分接近PP塑料杯;塑化竹与塑料表现出较好的界面相容性;热压成型过程中塑化竹可自身黏合并呈塑料化倾向。

竹材加工剩余物苯甲基化改性试验

以竹子开条、开片或拉丝加工过程产生的长条状剩余物为研究对象,采用低温碱液润胀、苄化处理试验,系统研究了预处理及苄化反应条件对竹材增重率(苄化率)的影响;并借助FTIR、X-射线、SEM、DSC等现代分析手段研究分析了苄化竹材的微观结构、化学结构特征及热熔特征的变化规律。试验结果表明:碱液润胀工艺对竹材苄化增重率的影响最大,苄化试剂用量与反应时间对竹材苄化也有不同程度的作用。在试验范围内较佳的工艺条件为:碱液浓度22.5%、润胀时间10 h、苄化试剂用量50 mL、反应时间1 h。苄化增重率不同,苄化竹材的玻璃化转变温度有显著差异。将苄化增重率45%～50%的变性竹材按同纤维方向重组,可在温度为140℃、单位压力2.0MPa的条件下热压熔接成板。

竹长条加工剩余物制备重组竹材的应用技术研究

选取竹长条加工剩余物为原料,采用平衡区组正交试验,分析了施胶量、碱处理时间、热压压力以及热压时间对重组竹材各项性能指标的影响规律,得出较佳胶合工艺参数。为了得到更好质量的板材,在此基础上改进了其它因素的影响,如预压压力、时间、含水率以及板材幅面。试验表明:施胶量为8.5%,碱处理时间15 h,热压时间为18 min的前提下,增大热压压力,提高预压压力、时间及板材规格,重组材各项性能均大有改进。在不去除青黄的前提下通过对竹长条加工剩余物进行改性处理,经过优化的产品静曲强度及弹性模量符合国家标准,不仅充分利用了竹材资源且可以降低经济成本,同时也为新型的木工胶黏剂的推广提供相关依据。