木质膜的制备、改性及其膜过滤应用进展

木材独特的三维多孔结构可有效截留水中的多数杂质,并且资源丰富、价格低廉,是一种理想的膜过滤材料;对天然木材进行改性可进一步提高其过滤效率、拓宽应用范围。上述特性使木质膜在同类材料中具有明显的竞争优势,因此受到了膜过滤领域的广泛关注。然而目前尚未有关于木质膜的制备和应用的系统综述。从木材的结构出发,对木材的输水结构和化学组分进行详细介绍,并着重分析木材的结构组分特性与其膜过滤性能的关系,之后分类总结木质膜的制备与改性方法(脱木素、金属粒子修饰、醚化/酯化、碳化),并从除菌、重金属离子吸附与有机污染物去除3个方面总结了木质膜在膜分离领域的应用,最后对木质膜在膜过滤领域的应用前景进行分析和展望。

再生木质素粒子增强纤维素透明膜的性能研究

本研究以硫酸盐制浆黑液为原料,通过钙离子螯合的方式提取粗制木质素,利用乙醇-水反溶剂法溶解再生以获得高纯度的木质素粒子。呈现细小均匀的颗粒形态并稳定悬浮在水中的再生木质素粒子能够与纤维素形成强氢键结合,并形成致密均匀的复合透明薄膜。木质素-纤维素复合膜(木质素添加量10%)的抗拉强度达105.77 MPa,相比于纯纤维素膜提高了27.6%;伸长率增幅67.6%。在光学方面,木质素-纤维素膜(木质素添加量5%)的可见光透过率可达87.9%。

木质膜耦合聚合物膜的重力驱动膜过滤系统增强水源水中重金属的去除及机制

针对聚合物膜的重力驱动膜过滤系统(gravity-driven membrane filtration system,GDM)对水源水中重金属去除效率低的问题,将其与木质膜(wood membrane,WM)耦合,以环保且廉价的方式提高重金属的去除效率。本研究比较了木质膜耦合聚合物微滤(microfiltration,MF)膜的GDM系统(GDM1)和聚合物微滤膜GDM系统(GDM2)对水源水中重金属的去除效能及机制。与GDM2相比,GDM1系统在木质膜的作用下,其微滤膜(GDM1-MF)上的生物膜更薄并呈现出更疏松的网状结构,因此,膜阻力更低,稳定通量更高。稳定运行后,GDM1系统对水中Fe、Mn和Cu的去除率分别达到67%、43%和59%,均高于GDM2(64%、15%和36%)。这是由于GDM1系统生物膜胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中蛋白含量以及—OH和—COOH基团更多,更有利于截留重金属。此外,GDM1-MF中存在更多的锰氧化细菌、酸杆菌门Acidobacteriota和黄杆菌属Flavobacterium,促进了Mn和Cu的去除。本研究为利用GDM系统去除水中重金属提供了新的思路和方法,对推动利用GDM系统处理重金属污染水源水的应用具有重大意义。

壳聚糖-荔枝木质精油可食膜的性能及在冷鲜鸡肉保鲜中的应用

为了解壳聚糖-荔枝木质精油可食膜在食品保鲜中的应用,在壳聚糖溶液中添加0%、2%、4%、6%、8%和10%的的荔枝木质精油(v/v,以壳聚糖溶液体积为基准),配制壳聚糖-荔枝木质精油可食膜,通过比较复合可食膜的机械性能、阻隔性能、抑菌性及抗氧化能力,获得最佳荔枝木质精油添加量;并以该比例精油复合可食膜进行冷鲜鸡肉包裹保鲜实验,对比普通保鲜膜包裹保鲜,分析冷鲜鸡肉的感官指标及品质变化(pH、挥发性盐基氮(TVB-N)及菌落总数)。研究发现:随着精油添加比例的增加,复合可食膜的机械性能、阻隔性能、抑菌性能及抗氧化性能均有所提升,其中添加体积比8%的壳聚糖-荔枝木质精油可食膜各性能最佳,其膜厚度为0.044±0.0012 mm,水蒸气透过率(water vapor permeability,WVP)为0.499±0.019 g·mm/m^(2)·h·KPa,膜拉伸强度为34.674±1.2 MPa,延伸性为53.92%±1.04%,DPPH清除率为32.51%±1.42%,ABTS清除率为35.74%±1.14%;以该比例进行冷鲜鸡肉保鲜实验,在7 d的保鲜期间,TVB-N及菌落总数变化得到有效抑制。结果表明:添加荔枝木质精油的壳聚糖复合可食膜包裹保鲜鸡肉与普通保鲜膜包裹相比,可有效延长冷鲜鸡肉的货架期,具有更好的保鲜效果。

壳聚糖-荔枝木质精油可食膜延长刀额新对虾的货架期

为了解壳聚糖-荔枝木质精油可食膜对刀额新对虾的保鲜效果,以添加8%荔枝木质精油的壳聚糖复合膜(V/V,以壳聚糖溶液体积计)浸涂刀额新对虾,进行4℃保鲜试验;在6 d的贮藏期内,进行刀额新对虾的感官指标及品质指标(pH、挥发性盐基氮(total volatile base-nitrogen,TVB-N)、质构、色差及菌落总数)测定。研究发现:壳聚糖-荔枝木质精油可食膜浸涂使刀额新对虾的货架期有效延长,普通无菌保鲜膜保存货架期为3 d,浸涂复合膜保鲜可延长至6 d;感官及品质指标变化幅度均显著变缓,保鲜膜保存TVB-N含量在第4 d时为31.58 mg/100 g,已无食用价值;而复合膜保存在第6 d仍低于30 mg/100 g;保鲜膜保存pH在4 d时超过7.6,而复合膜保存在第6 d时丧失食用价值;从菌落总数角度看,保鲜膜保存第3 d达到腐败终点:6.89 lg(CFU/g);而复合膜保鲜的刀额新对虾菌落总数仍在一级鲜度。研究表明:壳聚糖-荔枝木质精油可食膜对刀额新对虾有较好的保鲜效果,可延长刀额新对虾的货架期3 d。本研究对精油壳聚糖复合膜的水产品使用方式提供参考。

PWF/WFP木质纤维素膜的XRD和FTIR的评价

利用[Amim]Cl对木质纤维材料的溶解特性,通过浸渍-热压-再生的方法制备杨木粉(PWF)和废滤纸(WFP)木质纤维素复合膜。在宏观分析复合膜透明度和颜色深浅程度的基础上,引入XRD和FTIR表征PWF和WFP的质量比对共混原料溶解程度的影响,从而分析质量比对复合膜结构和组分的影响。结果表明,各组在宏观上的透明度和颜色深浅程度的差异均与原料的溶解程度相关,溶解程度越高,得到的膜越透明;当PWF含量高于60%时,PWF颜色为膜的主体颜色,使膜的颜色较深;纯WFP原料组A由于易被[Amim]Cl溶解,再生后的纤维素交织紧密,但是由于部分溶解纤维素变为无定形态,使其结晶度低于原料的结晶度;随着原料中PWF比例逐渐提高,PWF溶解不完全,溶解后的部分形成的基质与原料中未溶解部分相结合不紧密,导致纯PWF(F组)制备的复合膜的完整性最差;由于PWF和WFP原料比例和溶解程度不同,各组晶型和结晶度变化较复杂,但是各组的组分没有变化。