“生物质纤维材料”课程思政教学研究

思政教育是高校立德树人的重要途径。生物质纤维材料的发展对国民经济及生态文明建设具有重要的战略意义,而生物质纤维材料课程是纺织及轻工类专业研究生的专业课。深入挖掘课程教学内容中与民族自信和爱国情怀、生态和可持续发展、勇于创新、工匠精神、勇攀世界科学高峰等相关的思政元素的融入点,深入根植可持续发展、家国情怀、工匠精神、职业认同等思想,通过思政案例与教学内容的合理融合,激发研究生自主学习,实现知识传授与价值引领深入结合、专业与思政教育有机统一,为培养在纺织及轻工领域全面发展的社会主义建设者和接班人打下基础。

镍/木棉纤维衍生碳复合材料的制备及吸波性能研究

近年来,生物质碳因成本低廉、易制备、理化性能优异和具有多孔结构被广泛应用于吸波领域。然而,其吸波性能仍然受较高电导率引发的不良阻抗限制。在此,使用镍(Ni)改性木棉纤维,并使用不同的碳化温度获得镍/木棉纤维衍生碳(Ni/C)复合材料。扫描电镜结果表明,随着碳化温度的升高,Ni颗粒的尺寸增加,且木棉纤维表面出现更多的缺陷结构。XRD和XPS结果证明了Ni和木棉纤维衍生碳的成功复合。Raman结果表明碳化温度的升高导致碳组分石墨化程度增加,提高了复合材料的传导损耗能力。最后,我们将复合材料与石蜡以5∶95的超低填充比例混合,Ni/C-800展现出-52.6 dB的反射损耗值和8.32 GHz的有效吸收带宽。复合材料优异的吸波性能取决于衰减能力和阻抗匹配的协同、介电损耗和磁损耗的共同作用以及大比表面积和中空多孔结构造成的多重散射能力的增强。

胶原纤维基氮掺杂碳负载Ru催化二苯醚氢解

利用胶原纤维富含N元素的特点,以胶原纤维为基底,借鉴胶原纤维固化单宁法结合高温碳化,制备了基于胶原纤维的氮掺杂碳负载Ru催化剂,用于木质素催化氢解。红外光谱和X射线光电子能谱分析表明Ru通过与单宁酸的络合作用负载在胶原纤维上,经碳化后形成胶原纤维基碳负载Ru催化剂(Ru/TNC)。扫描电镜、透射电镜和电感耦合等离子体发射光谱分析表明,Ru/TNC具有较低的Ru负载量(1.14%)和丰富孔隙结构,Ru以较小的纳米颗粒形式均匀负载在碳载体表面。二苯醚氢解结果表明,相比传统浸渍法制备氮掺杂碳负载Ru,Ru/TNC具有更好的性能,其催化二苯醚氢解转化率在280℃时达100%,且产物均为小分子单体,包括苯(22.2%)、环己烷(27.8%)、环己醇(35.7%)和环己酮(14.3%)。

生物基水凝胶纤维的研究现状

水凝胶纤维兼具纤维的一维宏观结构和水凝胶的三维微观结构,已成为新型纤维材料领域的国内外研究热点,尤其是生物相容性好、可自然降解的生物基水凝胶纤维备受关注。为了全面系统地了解生物基水凝胶纤维的研究现状与发展趋势,文章综述了蛋白质基、纤维素基、藻酸盐基等多类生物基水凝胶纤维的国内外研究成果,总结了生物基水凝胶纤维的制备方法、主要性能特征及复合优势。其中,以丝素蛋白、胶原蛋白为代表的蛋白质基水凝胶纤维具有良好的可塑性;纤维素材料多以物理交联形式构筑水凝胶纤维并常作为增强材料;复合型藻酸盐基水凝胶纤维制备形式多样且适用范围广。此外,阐述了生物基水凝胶纤维在伤口敷料、药物输送、组织工程等生物医学领域及在应变、压力、温度和湿度传感等领域的应用,并提出了研制基于自然界生物质材料的水凝胶纤维所面临的机遇和挑战,为进一步制备高性能、多功能且绿色环保的生物基水凝胶纤维提供了参考。

单宁酸-纳米协同改性胶原纤维多孔材料的制备及其油水分离性能

以胶原纤维为代表的生物质基多孔材料因其具有可再生、储量丰富等特点且保留胶原纤维独特的多尺度孔隙结构以及具有优异的分离能力、可重复使用和可生物降解等优势,近年在含油废水处理等领域备受关注。针对胶原纤维多孔材料存在着油水分离效率低等问题,本文利用单宁酸与金属离子(铝和锆)掺杂锂藻土纳米片的协同交联体系来改性胶原纤维,制备了一种具有油水分离性能的胶原纤维基多孔材料。结果表明:该协同交联体系可提高胶原纤维多孔材料的自支撑性、成型性和多孔性,同时未改变胶原的三股螺旋构象并可起到稳定胶原微结构的作用;协同交联改性后胶原纤维多孔材料的收缩温度提升至90℃以上,接触角提升至98°以上,油水分离效率提升至68%以上,表明其热稳定性、疏水性以及油水分离性能均得以改善。

改性植物纤维在含油废水中的应用研究进展

改性植物纤维被认为是一种高效的油品吸附材料并在含油废水处理方面取得了一定的成果。综述了多种改性植物纤维的方法,包括浸渍法、溶胶-凝胶法、原位合成法、喷涂法、水热法、等离子体法、化学气相沉积法和其他方法,对比了植物纤维改性前后的油水分离能力及分离效率,阐述了植物纤维改性后吸油能力提升的作用机理。最后,对改性植物纤维在含油废水处理中的发展方向和挑战进行了展望。

蒸汽爆破对木质纤维素高值化利用的研究进展

木质纤维素生物质是一种量大面广且廉价易得的可再生资源,已逐步实现由生物质向生物燃料、饲料原料和其他附加值产品的开发及应用,这样的高值转化与综合利用成为“走绿色发展道路、构建绿色生产体系”的重要部分。然而,木质纤维素的天然抗降解屏障及其独特的理化性质,纤维素-半纤维素-木质素三大组分的刚性网络一直是高效转化的瓶颈所在,合理有效的预处理技术则是资源化进程的关键步骤。本文落脚于木质纤维素生物质的基本组成和结构特性分析,在总结物理法、化学法、生物法等传统预处理方法优劣势的基础上,着重阐述了蒸汽爆破的发展历程、加工类型、适用范围、工作原理、反应阶段、技术特点、影响因素、主要参数和可能的副产物效应等,以及在生物质的纤维改性、结构变化、溶解特性、低聚糖制备、活性成分提取与反刍饲料化利用层面的研究进展。此外,还指出蒸汽爆破辅以真菌、细菌为主的微生物发酵,以及糖酶外源添加的后处理流程的发展趋势。最后,归纳了蒸汽爆破在未来商业化、工业化和规模化生产推广中可能面临的困难和挑战,分析提出相应的突破点和解决策略。并就蒸汽爆破技术对常见副产物类型饲料原料的降解效果,及其在单胃动物日粮中的合理应用进行展望,以期为该技术对生物质资源的开发、增值、饲料化应用的诸多潜能提供新思路和技术指导。

生物质基可降解果蔬保鲜包装材料的制备及应用

我国每年因保鲜处理不善而造成的果蔬损失率达20%~40%。生理性衰老、病菌侵害及机械损伤等因素会引发果蔬腐烂变质。因此,根据不同果蔬产品的腐败机理,研发能减缓产品新陈代谢、创造储存保鲜微环境、延缓成熟和衰老、抑制微生物生长繁殖、延长采后寿命和货架期的绿色果蔬保鲜包装材料具有重要意义。从植物纤维、半纤维素、改性纤维素等方面梳理生物质基可降解果蔬保鲜包装材料的制备、机理及应用的研究进展,并对发展趋势进行了展望,为“禁塑令”和“双碳”社会背景下推广使用生物质基可降解果蔬保鲜包装材料提供借鉴。未来,果蔬保鲜包装材料向着低碳节能化、绿色安全化、便捷智能化的方向发展。

不同施肥对葡萄苗根际微生物量、土壤酶活性和生理的影响

【目的】研究不同施肥处理对葡萄根际微生物量、土壤酶活性和生理的影响。【方法】以妮娜女王、夏黑和阳光玫瑰3个品种的葡萄苗为试验材料,对各品种分别采用3种施肥方式:施用腐熟有机肥(CK组)、腐熟有机肥+微生物菌肥(复合微生物菌肥组)和腐熟有机肥+竹纤维微生物菌肥(竹纤维菌肥组)。随机采集根际土壤,测定其土壤氮、磷、钾含量、微生物量和土壤酶活性,测定葡萄苗叶叶绿素含量和叶相对含水量。【结果】2种菌肥均能显著提升3个品种葡萄根际土壤中速效氮、速效磷和速效钾含量,且表现为竹纤维菌肥组显著高于复合微生物菌肥组。2种菌肥均能显著提升葡萄根际微生物量,其中竹纤维菌肥组的细菌数量显著高于复合微生物菌肥组,而真菌和放线菌无显著差异。施加竹纤维菌肥的土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性均大幅提高,复合微生物菌肥组有增幅,但增幅相对较小;2种菌肥对土壤过氧化氢酶活性的影响均较小,但仍有小幅提高,且表现为竹纤维菌肥高于复合微生物菌肥。2种菌肥均能显著提升葡萄苗叶叶绿素含量和相对含水量,且表现为竹纤维菌肥组略高于复合微生物菌肥组。【结论】施用竹纤维菌肥能够有效解决植物根际微生物在土壤中的适应性问题,显著提高葡萄根际土壤的微生物量。提高根际土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性,促进土壤基质中养分的转化,增加土壤养分氮、磷和钾含量,提高葡萄苗叶叶绿素含量和叶相对含水量。

生物质石墨烯粘胶纤维制备及性能

分析了石墨烯的结构,采用机械剥离法和氧化还原法分别制得单层石墨烯和氧化石墨烯,研究了单层石墨烯的特性,利用湿法纺丝法制得了生物质石墨烯粘胶纤维,比较了其纤维性能。文章指出,石墨烯具有超强导电性、超高强度、超大比表面积、优良的导热性能及较好的抗菌性能。生物质石墨烯粘胶纤维具有其他天然纤维和化学纤维无法比拟的优良强度、导电、导热、抗菌和远红外保健性能。

生物质纤维改性高分子材料研究进展

生物质纤维具有价格低、易回收等优点,并且具有天然可降解的绿色环保性能,其与高分子复合材料目前已成为国内外的研究热点之一。但由于生物质纤维的独特结构,其与树脂基团相容仍存在很多问题,因此对生物质纤维进行改性,优化其极性、改善与树脂基团界面的相容性及提高复合材料的综合性能显得尤为重要。本文主要综述了近年来生物质纤维的改性方法,以及其与高分子材料进行复合的相关内容。

香蕉梗纤维的提取及其纤维毡抗菌性能研究

香蕉梗纤维的提取及利用报道较少。本文通过NaOH/Na_(2)CO_(3)、NaOH/尿素、过碳酸钠/尿素三种脱胶方法,以不同的比例提取香蕉梗纤维并研究纤维性能特点及其纤维毡抗菌特性。结果表明:提取的香蕉梗纤维线密度范围为71.59 dtex-150.41 dtex、纤维平均长度为2.59±0.12 cm。扫描电镜和3D超景深显微镜结果显示,得到的纤维表面为沟壑状结构,随着脱胶体系浓度增加,纤维线密度呈减小趋势。FTIR和XRD结果显示,脱胶后香蕉纤维中半纤维素和木质素含量减少,纤维素含量增加。进一步通过湿法成网、加固等工艺,得到香蕉梗纤维非织造毡。抗菌测试结果表明:香蕉梗纤维非织造毡对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为20.00%、57.52%。本实验为香蕉梗纤维提取及其在复合材料、装饰纺织品等领域应用奠定基础。同时,也可为其他生物质纤维提取和再生利用提供借鉴意义。

生物质石墨烯功能性服装材料制备及关键技术

为了满足用户的需求,比较了生物质石墨烯纤维与几种常见纤维的性能,优化了生物质石墨烯纤维纺纱和织造的生产工艺流程,探讨了生物质石墨烯纤维功能性服装材料在生产过程中各工序的关键技术。根据生物质石墨烯纤维原料的特性,合理配置纺纱工序、准备工序和织造工序具体工艺参数,开发出GR/JC(80/20)12.8×12.8402.4×401.563″直贡锻功能性服装面料,质量达到一等品要求,填补了市场空白。

植物纤维在含油废水处理中的应用研究进展

重点从秸秆纤维、果实纤维、种子纤维、麻纤维和果壳纤维5个方面介绍了改性植物纤维在含油废水处理中的应用。介绍了同一植物纤维采用不同方法改性后的吸油性能,并阐述了改性后植物纤维油水分离性能提升的作用机理。最后对植物纤维材料在含油废水处理方面的发展趋势和挑战进行了展望。

多孔螺旋碳纤维气凝胶吸附亚甲基蓝性能研究

以废弃茶叶中的螺旋导管为原料,成功制备出一种多孔螺旋碳纤维气凝胶(PSCFAs)吸附剂,考察了KOH浓度、活化温度和活化时间等对PSCFAs孔结构和吸附亚甲基蓝(MB)性能的影响,并探究了PSCFAs对水中污染物MB的吸附动力学、等温吸附模型、最佳吸附浓度和循环稳定性。研究表明,活化剂的浓度为1 M、温度为700℃、活化时间为1 h时获得的PSCFAs样品比表面积最大(约为1469.03 m^(2)/g),孔隙总体积最大(0.594 cm^(3)/g),对水中MB的最大吸附浓度高达476 mg/g。PSCFAs对MB的吸附行为符合Langmuir方程(R^(2)=0.99956-0.99972)和二阶动力学模型(R^(2)=0.9987)。

丝瓜络衍生碳纤维基复合材料的电磁波吸收性能

为解决当前多孔磁性碳基吸波材料制备工艺繁杂、能耗高、环境不友好等问题,提出基于多孔生物质源衍生的绿色环保策略。以高孔隙丝瓜络为前驱体,Co^(2+)为金属源,二甲基咪唑为配体,经配位自组装获得丝瓜络/金属有机骨架结构复合材料,并经高温煅烧得到碳纤维基钴/碳(LS-Co/C)复合材料。结果表明:在800℃煅烧后,LS-Co/C展现了优异的吸波性能,厚度为1.5 mm时有效吸收带宽为5.2 GHz(12.8~18.0 GHz),其良好的吸波特性得益于错综复杂的三维多孔网络结构为电磁波提供了适宜的损耗空间,在电磁场作用下产生感应电流,并在碳纤维导电网络中快速衰减,同时钴/碳复合材料与碳纤维形成的多重界面极化助力电磁波进一步衰减。该研究将为新型多孔磁性碳基吸波材料的设计开发提供策略。

植丝对高羊茅草坪生长及氮、磷养分去向的影响

为研究植丝式混合草坪中人造草丝对草坪草生长及养分去向的影响,本研究以高羊茅(Festuca arundinacea)品种‘交战IV’为试验材料,以不植丝处理为对照,研究植丝对草坪坪观质量、生长速度和生物量、草坪草养分吸收、草坪土壤中养分残留以及养分淋溶损失的影响。结果表明:植丝促进了草坪草的生长并提升了草坪的坪观质量。植丝后草坪草氮素和磷素吸收量增加,其中草屑和根系氮素的吸收量最高分别增加了30.0%和40.6%,草屑磷素吸收量最高增加了24.8%。土壤中矿质氮和速效磷残留量增加,分别最高增加了33.9%和87.0%。硝态氮淋溶损失量减少,最大降幅可达79.3%。因此,植丝促进了草坪草生长,提高了草坪草氮素和磷素利用效率,降低了草坪氮素淋溶风险。

滚扎甩碎组合式香蕉茎秆纤维提取机设计与试验

香蕉茎秆中含有丰富的植物纤维,其机械提取具有效率高、污染少等优点,是一项具有发展潜力的香蕉茎秆机械化处理技术。目前,由于香蕉茎秆粗大、含水率高等问题,机械提取香蕉茎秆纤维成熟技术较少。针对上述问题,该文研制了滚扎甩碎组合式香蕉茎秆纤维提取机,该机主要由传动系统、Ⅰ级滚扎装置、Ⅱ级滚扎装置、甩碎装置、电机等部分构成。样机性能试验表明:该机香蕉茎秆纤维提取率为89.2.%,含杂率为8.6%,生产率为206 kg/h,能耗为20.2 kW·h/100 kg,符合设计要求。与半喂入式香蕉茎秆纤维提取机相比,该机的提取率提高了8.1%,含杂率降低了6.5%,生产率提高了71.7%,能耗降低了10.6%。该研究可为香蕉茎秆纤维提机设计提供参考,对促进中国热带农业区香蕉产业发展具有重要的意义。

用于生物质酶解过程的纤维素酶研究进展

纤维素酶解效率是木质纤维素经济、高效生化转化的限制瓶颈。该文讨论了影响纤维素酶酶解经济性与高效性的多个要素,如:高滤纸酶活菌株的选育、发酵、酶解机理、酶解影响因素及酶解混合体系的优化等。该文研究表明,纤维二糖水解酶可能是决定发酵体系中滤纸酶活高低的关键单酶组分,同时,该酶可能也是预处理后生物质酶解体系中决定滤纸酶活效率的关键单酶组分。酶解过程中关键限速反应的认识及关键限制因素形成机制的揭示将成为纤维素酶生化转化研究的重点,这些机理机制的建立可为构建高比活力纤维素酶提供理论依据。

氮素对滨海盐土棉花产量、品质及生物量的影响

为研究不同施氮量对滨海盐土花后棉株生物量、生物量累积特征及其与产量、品质的关系,于2010年和2012年在江苏滨海盐土设置了氮肥水平试验。结果表明：在0-600 kg·hm-2范围内施氮量越大棉株总生物量累积越多,而皮棉产量2010年和2012年分别在施氮375 kg·hm-2和300 kg·hm-2时达到最大;成铃数在施氮300-375 kg·hm-2范围内达到最大;铃重和衣分随施氮量增加而增加,达到最大值后（≥300 kg·hm-2）差异不显著。在300-375 kg·hm-2施氮量范围内纤维比强度最高;高氮有利于上部、顶部果枝纤维长度、比强度、伸长率的提高和马克隆值的优化,但显著降低中下部果枝棉纤维比强度,导致中部纤维马克隆值变劣、下部果枝纤维伸长率下降,说明高氮对中下部果枝棉纤维品质的形成利弊各半,适量高氮可提高上部及顶部果枝产量、品质。在滨海盐土条件下,利于产量、品质及氮素利用效率提高的适宜施氮量为375 kg·hm-2。