基于酯交换的生物基Vitrimer材料制备及性能

以异甘露糖醇(IMT)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1,4-丁二醇(BDO)、丙三醇(GI)为原料,设计合成了生物基Vitrimer材料IMT-COO。通过傅里叶变换红外光谱和X射线衍射对其结构进行了表征;通过热重分析、差示扫描量热分析、应力-应变曲线、动态力学热分析(DMA)探究了IMT-COO材料热稳定性、玻璃转变温度、力学性能及储能模量。结果表明,IMT-COO具有良好热稳定性及力学强度,热分解温度达256℃,应力为1.24 MPa、应变为140%。DMA结果表明,IMT-COO的储能模量最高达2671 MPa。IMT-COO的自愈合试验表明在自愈前后,各项性能无明显降低。

生物基Vitrimer高分子材料的研究进展

传统高分子材料分为热塑性材料和热固性材料,热塑性材料可二次加工但刚性不足,热固性材料虽刚性大但回收困难。类玻璃高分子(Vitrimer)材料则介于热塑性材料与热固性材料之间,是一种具有高交联密度网络、可进行二次加工的材料。根据Vitrimer的网络交换机理重点介绍了生物基类玻璃高分子的发展史和研究进展,对基于不同共价键的生物Vitrimer进行了详细介绍:动态酯交换反应的条件相对温和,反应速度快,反应原料广泛,但材料力学性能和可逆性较差;动态二硫键交换的可逆性与可控性更好,且反应对外界酸碱环境要求并不苛刻,然而反应底物一般具有毒性和刺激性气味;动态亚氨键交换可使得材料具有良好的机械性能和耐久性,生物相容性较好,但反应条件与原材料选择相对单一。综述了生物基Vitrimer材料的应用与优势,动态共价键的引入弥补了传统3D打印材料刚性不足和功能单一的缺点,增强了碳纤维复合材料的综合性能,提高了弹性体材料的使用寿命及自我修复效率。并对未来发展前景做出了展望。

生物基vitrimer材料研究进展

介绍了生物基vitrimer材料的发展、特点、性能以及应用,对生物基vitrimer材料的研究现状进行了概述,涉及了植物油基、木质素基、天然橡胶基、纤维素基vitrimer材料的研究进展,并对生物基vitrimer材料的发展前景进行了展望。指出vitrimer材料既具有热塑性材料可重塑的特点,也具有热固性材料体型网络结构的优势,有望替代传统塑料。现研究的vitrimer材料原料多源于化石资源,在化石资源日益短缺的今天,寻找可替代的更为环保的原料制备vitrimer材料成为一个发展趋势。

木质素和香草醛基vitrimer及可回收碳纤维复合材料研究进展

热固性树脂广泛用于碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber-reinforced polymers,CFRPs)的构建,其固化后具有不溶、不熔的特点,导致热固性树脂和碳纤维难以实现回收和再利用。类玻璃高分子材料(vitrimer)兼具热固性树脂与热塑性树脂的优点,可实现高性能CFRPs制备和CFs无损回收。此外,利用资源丰富、廉价易得的木质素及香草醛等生物基原料构建vitrimer及其CFRPs,符合绿色可持续发展理念。本文总结了木质素和香草醛构建生物基vitrimer的方法、性能及其应用;综述了香草醛基vitrimer在可回收CFRPs领域的应用;对木质素/香草醛基vitrimer及其CFRPs的发展方向进行了展望,以期为高性能木质素及其衍生物基vitrimer和CFRPs构建提供借鉴。

负载天然色素的生物基智能包装指示器研究进展

智能包装指示器能够基于其检测、感知和记录产品环境变化的能力为消费者提供被包装食品新鲜度、安全性或食品环境条件(温度、pH值、气体氛围)等的有效信息,是传统包装传播信息能力的延伸,并且有助于改善危害分析与关键控制点(HACCP)和质量分析与关键控制点(QACCP)系统,有助于现场检测不安全食品,识别潜在的健康危害,并制定策略以减少或消除食品安全问题发生。生物基智能包装系统因采用可降解、可再生材料向消费者直观显示包装食品在供应链中的品质相关信息,契合循环经济和可持续发展的需求而备受关注。介绍了以天然色素(花青素、叶绿素、姜黄素和甜菜素等)为敏感元件,以生物基聚合物(多糖、蛋白质、脂质和改性纤维素等)为载体的环境友好型智能包装指示器(pH值感应、时间-温度感应、气体感应等)的类型、功能适应性及其在监控食品品质、储运环境等方面的新趋势、新进展。

茶基底中微生物菌相构成分析及其对现制奶茶中菌落数量的影响

目的探究茶基底菌相构成及其对制成的奶茶基底微生物的影响。方法通过扩增子测序技术对茶基底微生物组成分析,按照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》、GB 4789.15—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验霉菌和酵母计数》、GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》第一法-大肠菌群最近似数法(most probable number,MPN)计数法测定茶基底及制成的奶茶基底中霉菌、酵母菌、大肠菌群和菌落总数的含量。结果25个茶基底的霉菌、酵母菌、大肠菌群和菌落总数的范围分别为未检出~1.0×10^(3) CFU/g、未检出~2.0×10^(3) CFU/g、未检出~43 MPN/g及>1.1×10^(3) MPN/g、未检出~9.3×10^(4) CFU/g。6类典型的茶基底样品微生物门水平优势细菌为变形菌门(Proteobacteria),丰度为77.29%,优势真菌为子囊菌门(Ascomycota),丰度为85.38%,属水平优势细菌为鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas),丰度占比60.57%,优势真菌属为青霉属(Penicillium),占比21.5%。选取3个不同微生物梯度水平的红茶基底样品制成奶茶基底,在25℃条件下放置6.0 h,结果显示菌落总数呈增长趋势,而霉菌、酵母菌、大肠菌群的含量均未检出。结论茶基底中的微生物尤其是菌落总数对其制成的奶茶基底菌落总数相关性较高,热奶茶的高温制备过程可有效抑制茶基底中霉菌、酵母菌、大肠菌群的生长。

生物基多糖的疏水改性及其在纸基材料中的应用进展

纸基材料具有良好的应用性能,但较强的吸水性严重制约了其在很多领域的应用。采用石油基化合物进行疏水化处理会破坏纸基材料原本的可降解性。因此,目前研究人员更加关注以生物相容性好的生物基多糖作为疏水改性剂原料。本文综述了近年来生物基多糖在改善纸基材料疏水性方面的研究进展,重点介绍了纤维素、淀粉、壳聚糖、海藻酸盐等生物基多糖的疏水改性及其在纸基材料疏水化处理中的应用现状,并对未来发展趋势进行了总结与展望。

生物基功能环保纱线的开发与应用现状

为深入探究生物基功能环保纱线的工艺措施,通过查阅大量有关文献进行归纳总结,得出不同类别生物基纤维的预处理、加工过程工艺参数设定、纺纱环境及工艺原则等。指出:对于强力比较低的生物基纤维需要进行自由开松,以避免损伤纤维;对于回潮率较高的生物基纤维,需控制好车间温湿度,使纤维最好处于放湿状态,以防止纤维缠绕胶辊;对于可纺性能比较差的生物基纤维,为不影响成纱强度,其占比不超过30%;对于易产生静电的生物基纤维,为提高其蓬松性,需对纤维喷洒预处理剂,且密封处理24 h以上;对于长度较长的生物基纤维,为减小纤维损伤,开清棉采用“以梳代打,减少落棉,降低打手速度”的原则,梳棉工序采取“低速度,大隔距,适当增加锡林刺辊线速比”的原则,实现纤维快速转移。

基质对大豆芽苗菜生物学性状的影响与评价

为筛选适宜种植大豆芽苗菜的最佳基质,本研究以大豆品种中品661为材料,以草炭、蛭石、珍珠岩3种基质的单基质以及复配基质作为栽培基质,从而评价不同基质对大豆芽苗菜生物学性状的影响。结果表明:草炭基质(D2)栽培大豆芽苗菜,地上部鲜重显著高于园土(Y)栽培29.44%;可溶性蛋白含量显著高于园土(Y)栽培10.16%;脯氨酸含量显著高于园土(Y)栽培262.50%。而草炭∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1(F2)基质栽培的大豆芽苗菜地上部含水量显著高于园土(Y)栽培5.47%,有利于提高芽苗菜的口感及柔嫩度。综上,草炭栽培基质(D2)是大豆芽苗菜最理想的栽培基质。

微生物发酵床养猪垫料研制番茄育苗基质的效果分析

为了实现废弃资源的资源化利用,使用微生物发酵床养猪垫料研制番茄育苗基质,选取使用1年的微生物发酵床养猪垫料,提取其浸提液并稀释成不同浓度,以番茄种子萌发情况为指标,筛选基质中垫料适宜添加量,并通过穴盘育苗试验确定基础基质配方,进一步优化N、P、K用量,最终确定番茄育苗基质配方。结果表明:利用微生物发酵床养猪垫料研制番茄育苗基质的配方为垫料︰椰糠=3︰7(体积比),N用量0.3 kg·m^(−3)、P用量0.2 kg·m^(−3)、K用量0.1 kg·m^(−3);用该基质进行番茄育苗,出苗率达98%,幼苗的株高、茎粗、根长均显著优于市售草炭基质(对照);所繁育的幼苗移栽田间种植,其田间番茄苗的株高和挂果数均显著优于对照。番茄育苗基质的研制可实现微生物发酵床养猪垫料的资源化利用。

智能温室基质栽培不同番茄品种根域微生物群落特征分析

采集智能温室基质栽培不同番茄品种根域基质样品,分离、鉴定可培养微生物种类,分析群落多样性。结果表明,各品种间微生物数量存在显著差异(P<0.05),细菌数量最高的品种为红宝石(107.27×10^(7)CFU/g)和百丽(105.00×10^(7)CFU/g)、最低的品种为位盈(3.47×10^(7)CFU/g);真菌数量最高的品种为百灵(40.97×10^(5)CFU/g)、最低的品种为百丽(3.10×10^(5)CFU/g);放线菌数量最高的品种为百丽(14.17×10^(5)CFU/g)和夏日阳光(13.43×10^(5)CFU/g)、最低的品种为红宝石(2.07×10^(5)CFU/g)。经鉴定,真菌包括木霉属2种、曲霉属1种、青霉属1种和镰刀菌属1种;放线菌为链霉菌属3种;细菌5属17个种,包括假单胞菌属11种,节杆菌属3种,芽孢杆菌属、贪铜菌属和黄杆菌属均有1个种。夏日阳光、百丽和金玉满堂细菌种类最多,有7个,其次为百灵6个,黑玛瑙、位盈、红宝石和粉红佳人5个,串串红种类最少,仅3个。经聚类分析,17株细菌分为3类,类群Ⅰ有7株细菌,仅在1个品种存在,为低频次分布;类群Ⅱ有7株细菌,在2~4个品种存在,为中频次分布;类群Ⅲ的3株细菌为高频次分布,在7个以上品种存在。研究表明智能温室基质栽培的不同番茄品种根域微生物数量存在显著差异,种类丰富,分布特性与品种相关。

铁-碳共基质环境对污水铁型反硝化效率和微生物群落的影响

构建共基质亚铁型反硝化系统,通过梯度实验探究共基质条件下低浓度有机碳(0,3,6,9,12mg/L)对不同Fe/N(2,3,4)条件下铁型反硝化的作用规律和机制,为提升铁型反硝化的效能提供理论参考.结果表明,本实验中有机碳源的最佳浓度为9mg/L.在Fe/N=3和4时,脱氮效率相比未添加碳源时分别提升22.7%和9.1%,促进效果随着外加碳源浓度和Fe/N的升高而减弱.添加有机碳对微生物群落的多样性和均匀度影响较小,随着浓度的升高系统中的自养型细菌如Rhodanobacter和混合营养型细菌如Comamonas,Thauera在生态网络中的总节点度始终高于异养型反硝化菌.C/Fe=0.140和0.187(即碳源浓度为6mg/L和9mg/L)时生态网络中协同和共生关系超过65%,碳源分别实现了单位浓度增益效果最高和反硝化效能最高,自养过程对系统反硝化的贡献度分别为39.2%和56.5%,均为主导地位.系统中主导NO3-,NO2-和NO还原的功能基因丰度的上升,也是提升铁型共基质反硝化系统脱氮效能的重要原因.

生物质基泡沫材料的研究进展

本文综述了生物质基泡沫材料的研究进展,详述了生物质基泡沫材料的主要原料及种类(纤维素、木质素、淀粉和壳聚糖)、制备方法和性能(热学、力学和环境稳定性)的改善方法,以及其在建筑绝缘材料、包装材料和其他潜在领域的应用现状,并对其未来研发方向进行了展望。

生物基白炭黑和生物基油在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用

研究生物基白炭黑和生物基油在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用。结果表明:使用生物基油等量代替环烷油,胶料的硫化速度略加快,300%定伸应力降低,耐切割、耐低温和耐迁移性能提高,生热略增大,耐磨性能基本相当;在同样采用生物基油的情况下,使用生物基白炭黑等量代替沉淀法白炭黑,胶料的硫化特性、生热、耐磨和耐切割性能相当,但耐疲劳性能明显降低。

基于纸包装生物基涂层的研究进展

随着人们环保意识的逐渐提高,环保友好、节能减排已成为全球人们关注的重点,在限塑令、禁塑令背景下,以纸代塑是实现环境保护和可持续发展的主要方式。但由于纸基材料表面疏松多孔的结构,小分子的水和气体很容易通过孔隙渗透和润湿纤维,不能满足包装材料的阻隔功能要求,同时纸张没有热封性能,无法通过加热自粘制袋的方式达到工业化生产的要求,且其在机械强度方面难以与塑料相媲美。本文主要从防潮性、阻气性、热封性和机械强度四个角度综述了生物基涂层改性纸基包装材料的研究。

微生物在生物基催化剂制备中的应用

随着工业催化过程对环境友好水平和效率需求的日益增长,微生物的功能多样性和环境适应性使其成为了生物基催化剂制备的理想选择。微生物以其固有的酶系统提供了一种高效、特异性强的催化方式,有利于生物基催化剂制备。微生物催化剂在药物合成、生物燃料生产和环境保护等多个领域展现了广泛的应用潜力。因此,文章将探讨微生物在生物基催化剂制备中的应用,以期为相关领域提供理论参考。

自然养护对剩余污泥基质生物滞留设施雨水径流调控效能的影响

掺配剩余污泥是改良生物滞留设施基质的有效途径,通过自然养护可提高剩余污泥基质的稳定性,降低基质中污染物的析出风险。分析了不同自然养护时间下剩余污泥基质的理化性质和污染物含量的变化规律,并探究了自然养护对生物滞留设施雨水水文调控能力和污染物去除效果的影响。结果表明:通过自然养护可提升剩余污泥基质生物滞留设施的雨水水文调控能力,并强化对典型径流污染物的去除作用;自然养护20 d时,剩余污泥基质生物滞留设施的场次径流总量削减率可提高16.91%;参照《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002),出水中NH_(4)^(+)-N、TN、TP和COD的浓度分别符合水体Ⅳ类、Ⅴ类、Ⅲ类和Ⅳ类水质标准,平均出水浓度分别为1.33、1.83、0.194和23.38 mg/L。

小麦淀粉生物基水凝胶合成及其辅助NO_(2)^(-)-N的去除

针对小麦淀粉(CS)凝胶力学性能较差的缺陷,利用小麦淀粉与聚乙烯醇(PVA)、硼砂(B)、海藻酸钠(SA)等天然/无机材料通过物理/化学交联合成了PVA/B/CS和SA/B/CS 2种生物基水凝胶,考察其力学性能和溶胀性能;并制备生物基水凝胶包埋反硝化菌剂,考察其对水体中亚硝酸盐氮(NO_(2)^(-)-N)的去除性能。结果表明:合成的2种生物基水凝胶均具有良好的力学性能,PVA/B/CS水凝胶的拉伸断裂伸长率最高可达1088%,SA/B/CS水凝胶的拉伸断裂伸长率最高可达562%;PVA/B/CS2.7水凝胶包埋反硝化菌剂(D-PVA/B/CS2.7)去除水中NO_(2)^(-)-N 30 h后,去除效率为94.81%;SA/B/CS2.7水凝胶包埋反硝化菌剂(D-SA/B/CS2.7)去除水中NO_(2)^(-)-N 40 h后,去除效率为94.99%,说明所合成的生物基水凝胶具有辅助去除水体中氨氮的效果。

生物质基厚朴酚和糠醛对酚醛树脂的改性研究

为了减少化石能源的使用,选取生物质基厚朴酚和糠醛取代部分苯酚和甲醛,制备了改性酚醛树脂。通过傅里叶变换红外光谱仪,核磁共振波谱仪对改性酚醛树脂进行表征,考察了改性酚醛树脂的基础性能及固化后的力学性能。结果表明:厚朴酚和糠醛改变了酚醛树脂的分子结构,改性酚醛树脂的黏度和游离酚含量明显降低;经过固化后的改性酚醛树脂拉伸强度、冲击强度、弯曲强度分别提高18.6%、20.4%和24.9%。

“生物基材料及应用”专题序言

绿色植物利用叶绿素通过光合作用,将CO_(2)和H_(2)O转化为葡萄糖,并将光能储存在其中,然后进一步将葡萄糖聚合成淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等构成植物本身的物质,为人类利用材料提供了巨大的资源宝藏。生物质资源种类繁多,按其主要化学组成可以分为纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、甲壳素和油脂等。生物基材料建立在生物资源可持续利用和生物技术之上,在化学品合成、能源、环境、建筑、家居、交通运输等领域具有广阔的应用前景。世界范围内,十分注重生物基材料的开发与利用。生物基材料新特性、新材料、新功能、新应用的研究方兴未艾,将有力推动我国经济社会发展全面绿色转型。