木质素改良膨胀土的工程特性及微观机理

为了探究木质素对新乡地区弱膨胀土的作用效果,通过室内试验、ESEM(环境扫描电子显微镜)试验研究了不同掺量木质素改良新乡地区弱膨胀土的物理性质及力学特性,对不同掺量改良土体微观结构特征及其孔隙形态特征进行定性描述与量化表征,并基于XRD(X射线衍射)试验结果探讨了改良土体中矿物成分的变化,从而揭示木质素与土体间的相互作用机理。试验结果表明:采用木质素改良膨胀土时,3%木质素抑制膨胀土膨胀性效果最好,且此时土体抗压强度最高,超过最优掺量后,土体抗压强度反而降低。土体中孔隙结构复杂,孔隙排列混乱无秩序、定向性较差,木质素胶结物可以填充土体孔隙使其微观结构更加密实。木质素在膨胀土中起胶结作用,并不能与膨胀土反应生成新的矿物成分,与土作用时稳定性较好,属于物理改良。木质素作为一种高效、环保的改良剂,可有效改善膨胀土的基本工程特性,值得深入研究。

双聚合物改良分散性土的力学特性及机制研究

为了解决分散性土在引水灌溉等工程建设中产生的安全性问题,本文以吉林西部地区分散性盐渍土作为研究对象,研究了木质素和黄原胶2种高分子聚合物协同处理对分散性土的分散性以及力学特性的改良效果,分析了冻融循环作用对改良土的分散性与力学特性的影响规律,并从微观角度揭示改良机制。结果显示,改良后土体的分散性明显降低,强度明显提高。其中木质素的质量分数3%与黄原胶的质量分数3%协同处理并养护28 d后,改良土的无侧限抗压强度达到171.12 kPa,较原状土强度提升约2.5倍;在试验设计的改良剂配比中,该配比对分散性土综合性能提升最显著,抵抗冻融劣化的效果亦最佳。微观结构分析显示,木质素纤维在改良土体内部起到了立体格栅般的桥接作用,黄原胶独特的黏结能力也使得土颗粒间连结愈加紧密。

黄藤材纤维细胞木质素分布

为提高我国棕榈藤资源高附加值加工利用水平,以我国特有的黄藤为研究对象,运用可见光显微分光光度计,对不同生长时期、不同位置的黄藤纤维细胞及细胞壁微区木质素含量与分布进行研究。结果表明:随着藤龄的增加,纤维细胞次生壁及角隅处S基木质素含量均呈现出"增—降—增"的变化趋势,而S和G两种木质素总含量基本上呈不断增加的变化趋势。径向纤维次生壁及角隅处木质素含量变化趋势完全一致,且纤维细胞角隅处木质素含量高于次生壁;其中,S基木质素含量均呈中部>外部>内部的变化趋势,S基和G基木质素总量均呈内部>中部>外部的变化趋势。在藤茎内部和中层,纤维鞘中由外向内木质素含量均呈先增后降的变化趋势;但藤茎外层纤维鞘中S基木质含量呈不断降低的变化趋势,而S基和G基木质素总量却呈现不断增加的变化趋势。纤维细胞壁各微区的木质素含量为次生壁<初生壁<胞间层。

工业木质素用于制造木陶瓷

以工业木质素为原料制造新型多孔炭材料木陶瓷,并对产品得率、强度及微观结构形态进行了研究。结果表明,随着酚醛树脂用量的增加,木质素陶瓷的质量得率和体积得率略有增加,抗弯强度大大提高,抗压强度也提高明显。当木质素与酚醛树脂质量比为1．33∶1时,木质素陶瓷的抗弯强度为1．88MPa,抗压强度达3．86kN/cm^2。微观结构分析表明,在木质素—酚醛树脂复合板中有团块状木质素夹杂出现,高温烧结后样品孔隙结构增多。高温烧结前后样品的比表面积分别为0．2448m^2/g和0．9742m^2/g。

脲醛改性酶解木质素对丁苯橡胶阻燃性能的影响

以脲醛改性酶解木质素配合自制的微胶囊红磷(MRP)制得高分子膨胀阻燃剂,用傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热法对其进行了表征,并将其添加到丁苯橡胶(SBR)中,研究了SBR的阻燃性能和力学性能。结果表明,脲醛改性酶解木质素在280℃附近出现了1个较强的吸热峰;随着改性酶解木质素或MRP用量的增加,SBR的阻燃性能提高;当改性酶解木质素用量为60份、MRP用量为10份时,或当改性酶解木质素用量为40份、MRP为12份时,SBR的阻燃级别均可达到FV-0级;SBR/改性酶解木质素/MRP共混物的燃烧残渣表面生成了连续而致密的炭层,孔洞很少且细小。当改性酶解木质素用量为40份时,SBR硫化胶具有最佳的拉伸性能;当MRP用量为10份时,SBR硫化胶的综合性能较好。

酶解木质素/Mg(OH)_2复合材料的合成及阻燃性能研究

以酶解木质素、NaOH和MgSO4.7H2O为原料,制备酶解木质素包覆Mg(OH)2复合材料。通过红外光谱(FT-IR)、热重(TGA-DTA)及透射电镜(TEM)分析对复合材料进行结构表征及包覆形貌观察,结果表明,酶解木质素成功包覆Mg(OH)2,该复合材料在800℃残炭量可达46.24%。研究了复合材料与微胶囊红磷互配添加入丁苯橡胶的阻燃性能,垂直燃烧测试结果表明,当复合材料添加量达到100%时,阻燃级别可达到FV-0级。共混硫化胶燃烧残渣的SEM照片表明,燃烧后胶料的成炭效果很好,炭层连续致密,孔洞很少。

拉曼光谱在植物细胞壁研究中的进展

在能源紧缺和环境恶化的双重压力下,农林生物质替代化石资源生产生物燃料、化学品及生物基材料的研究和开发,已成为国内外众多学者关注的热点。全面了解农林生物质原料的化学组成及其结构特性是高效利用农林生物质的基础。作为一种无损的检测技术,现代拉曼光谱能够在原位状态下提供植物细胞壁区域化学和主要组分结构特性信息。本文简述了拉曼光谱成像技术原理,概括了拉曼光谱在植物细胞壁主要组分的结构分析、纤维素和木质素的微区分布及其分子排列等方面的研究进展,以促进该技术在植物细胞壁研究中的应用。

微纳米木质素颗粒在酸碱溶液中的溶解行为

通过测试粒径,研究了具有微纳米尺寸的木质素颗粒在酸碱溶液中的溶解行为。结果显示:木质素在碱性溶液中的溶解无规律,但在酸性溶液中的溶解却首先是溶胀然后才是溶解,而这两者的分水岭似乎是在80min(25℃条件下),与酸液浓度无关。但值得关注的是这两者引起木质素颗粒的外型从球状改变为长方体。红外光谱显示木质素在酸性溶液中的溶解主要是其芳香环的断裂即分子量降低而无结构变化。

木质素微纳米球的制备与应用研究现状

在植物纤维原料中,木质素是仅次于纤维素的天然可再生资源,但由于结构复杂且不同类型木质素结构性能差异,其通常被认为是一种废料或低价值副产品。微纳米木质素是近年来兴起的新发展方向,可为木质素产品高值化利用提供一种新途径。木质素微纳米球是一种具有规整结构的微纳米木质素,其自组装制备方法主要有溶剂-反溶剂法、气溶胶的流式反应器法和界面细乳液聚合法。利用四氢呋喃、二氧六环和乙醇等溶剂对木质素或化学修饰木质素进行溶解,然后滴加反溶剂去离子水可获得木质素微纳米球,然而溶剂-反溶剂法获得的木质素微纳米球悬浮液在干燥过程中存在微纳米球团聚问题;气溶胶的流式反应器法能将木质素溶液直接雾化自组装成气溶胶;界面细乳液聚合法可使木质素分子在非共价自组装形成微纳米球基础上实现共价键结合。相比实心微纳米球,中空微纳米球拥有较高的比表面积。木质素微纳米球当前主要应用于药物载体、紫外防护和纳米填料等方面。采用木质素包载疏水药物,能提高药物在水溶液中的溶解性能,实现可控释放,延长作用时间,降低毒副作用;将木质素微纳米球用于光敏性农药的包载,能使其具有可控释放和抗光降解功效;将木质素微纳米球对酶进行包载,能使其具有较好的稳定性和催化活性。通过调控木质素自组装过程,可使其微纳米球具有相对亲水或疏水外表面,使微纳米球与相应亲水或疏水高分子聚合物共混时具有较强的分子间作用。此外,木质素微纳米球亦可用于吸附材料、聚集诱导发光纳米材料和锂离子电池电极材料等方面。目前,木质素微纳米球研究还处于起步阶段,其简单可行的可控构筑方法及其高值化应用领域需要进一步探索。界面细乳液聚合法能使木质素分子自组装过程中实现非共价键和共价键协同作用,且通过该方法可获得中空木质素微纳米球,为新型中空结构木质素微纳米球的开发提供了新方向;木质素具有自发荧光特性,且自组装制备微纳米球过程中木质素分子会产生J-聚集增强其荧光强度,为新型木质素基发光材料的开发提供了新思路。

SO3微热爆/酶催化H2O2氧化联合稀碱预处理稻草秸秆的工艺研究

本文在已有的SO3微热爆协同稀碱处理方法基础上,以稻草秸秆为原料,利用粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)AB 90027胞外酶液对芳香化合物的氧化作用,提出了SO3微热爆/酶催化H2O2氧化联合稀碱液预处理法,该法能显著提高稻草秸秆中的木质素去除率,提高综纤维素含量。经过工艺优化得到最佳工艺条件为:固液比为1∶10;粘质沙雷氏菌酶液浸润温度为55℃,浸润时长为60 min;5%H2O2氧化温度为55℃,氧化时长为45 min。在最佳工艺条件下木质素含量从12.28%降至1.71%,木质素剥离率达到86.16%,综纤维素的含量达到92.8%。

黄藤细胞壁木质素区域化学分子光谱成像研究

整合共聚焦显微荧光和拉曼光谱成像技术系统研究了黄藤藤茎组织中不同类型细胞以及同一细胞不同形态区域的木质素区域化学特点。共聚焦荧光成像表明黄藤藤茎组织中木质素主要汇聚于初生木质部导管、次生木质部导管、维管束间的薄壁组织细胞以及纤维细胞角隅区。基于荧光光谱差异的光谱成像线性拆分结果显示纤维细胞次生壁由宽、窄层交替的同心层状结构组成,且窄层具有更高的木质化程度。比较黄藤、毛竹、芒草、毛白杨和虎皮松拉曼光谱发现黄藤材细胞壁拉曼光谱与阔叶木毛白杨类似,证实了黄藤材的化学组成更加趋近于阔叶木毛白杨。对拉曼光谱中木质素特征峰成像进一步揭示出纤维细胞中木质素不均一的分布规律:其中细胞角隅胞间层和复合胞间层的拉曼信号强度最高,表明较高的木质化程度,其次是次生壁中的窄层,而次生壁宽层中拉曼特征峰强度最低,这一分布规律与竹材纤维细胞中木质素分布规律类似。宽、窄层中木质素不仅存在浓度上的差异,而且木质素基本结构单元的比例亦不同。采取光谱去卷积的方法排除了碳水化合物的影响,发现窄层中愈创木基(G型)木质素与紫丁香基木质素(S型)比例为0.19,而在宽层中这一比值为0.14,这一结果亦解释了宽、窄层荧光光谱间的差异。该研究结果对探索黄藤细胞壁生物合成及力学响应机制研究具有重要理论指导意义。

表面活性剂助溶体系自组装制备微/纳米木质素及其紫外线防护应用

以碱木质素为原料、不同表面活性剂溶液为溶剂,通过自组装法制备微/纳米木质素,初步探讨了在不同表面活性剂溶液条件下制备微/纳米木质素的最佳pH值、温度和木质素添加量。通过纳米粒度和Zeta电位测定仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪对制得的微/纳米木质素进行表征。结果表明,采用十二烷基硫酸钠制备的微/纳米木质素平均粒径可达94.7 nm。将制得的微/纳米木质素添加到市售面霜中,利用紫外-可见分光光度计测定其吸光度与透过率发现,添加微/纳米木质素的面霜吸光度明显提高,透过率显著下降,具有良好的紫外线防护能力。

静电喷雾法制备木质素微纳颗粒

分别以碱木质素(ALL)与乙酰化木质素(ACL)为原料,使用氯仿(CF)或四氢呋喃(THF)制备不同质量分数的电喷溶液,利用静电喷雾技术得到了结构可控、高纯度的坍缩球状的木质素微纳颗粒。研究结果表明:木质素微纳颗粒的形态和尺寸与干燥速率有关,随着干燥速率提高,木质素微米颗粒平均直径从1.9μm增加到2.6μm,纳米颗粒直径主要分布在200~500 nm之间。此外,通过比较研究发现木质素涂层的疏水性主要受颗粒形态影响,颗粒尺寸越小,坍缩程度越大,则涂层的接触角越大。通过调控微纳颗粒形态、尺寸,可以获得不同疏水性能的材料。

硬脂酰氯改性碱木质素及微纳米球的制备

以制浆造纸废液中的碱木质素为原料,采用绿色低毒的硬脂酰氯对其进行化学改性,制备酯化的碱木质素,并在四氢呋喃(THF)和水的混合溶液中通过自组装制备改性碱木质素微纳米球,探讨了硬脂酰氯的加入对改性碱木质素微纳米球的影响,并进一步研究了制备工艺对改性碱木质素微纳米球尺寸的影响,以实现对改性碱木质素微纳米球尺寸的控制。结果表明,经过硬脂酰氯改性后碱木质素微纳米球粒径达到纳米级,硬脂酰氯与碱木质素的最佳质量比为3.0∶1.0,胶束呈均一的球形,平均粒径为98.7 nm,在水溶液中分散稳定性达到最优;当改性碱木质素初始浓度从2.0 mg/mL降低到0.5 mg/mL时,改性碱木质素微纳米球平均粒径从557.6 nm减小到86.2 nm;搅拌速度从750 r/min增大到1500 r/min时,改性碱木质素微纳米球平均粒径从333.6 nm减小到94.1 nm;最终含水量从60%增大到90%时,改性碱木质素微纳米球平均粒径从312.0 nm减小到103.4 nm。

真菌预处理优化制备微介多级孔炭及其吸附甲苯的研究

提出采用黄孢原毛平革菌对生物质前体物进行预处理的制备策略,从而研发孔结构可调的多级孔炭材料模板.选用荷叶作为生物质原材料,探讨菌种投加量、培养时间对多级孔炭材料前驱体的影响,并采用水蒸气物理活化法,分析活化温度和活化时间对炭材料比表面积、孔径分布和表面官能团的综合作用.最后,通过Raman、XRD、BET、FTIR、TGA、SEM、EA等手段表征其物理化学性质,并考察真菌预处理对炭材料的甲苯吸附性能的影响.结果表明,在生物质荷叶质量30 g、菌种投加量4 mL、培养时间7 d、活化温度800℃、活化时间90 min条件下制备的微介多级孔炭材料,在含有较多介孔的前提下比表面积可达937 m^2·g^(-1),总孔容为0.68 cm^3·g^(-1).动态模拟吸附实验发现,经预处理的炭材料在甲苯浓度905 mg·m^(-3)下对其饱和吸附容量为304 mg·g^(-1),是未经真菌调控荷叶吸附容量的1.83倍,吸附性能的提升主要归因于比表面积、孔容及表面酸性基团增大的作用.经真菌预处理调控的炭材料对甲苯的吸附符合Langmuir吸附等温线,属于单分子层吸附.