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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

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林产化学与工业 2023年第4期43卷 9-16页

作者：范肖东韩善明曲萍黄红英孙恩惠翟胜丞南京林业大学材料科学与工程学院江苏南京210037 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所农业农村部盐碱土改良与利用(滨海盐碱地)重点实验室江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心江苏南京210014 中国林业科学研究院林产化学工业研究所江苏南京210042

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... 详细信息

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。

关键词：秸秆低共熔溶剂微纤丝角纤维解离纤维地膜力学性能

红外光谱结合PCA分析研究枫香果实多元醇液化反应进程

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光谱学与光谱分析 2023年第4期43卷 1212-1217页

作者：阚玉娜吕偲琪沈哲章一蒙吴沁娴潘明珠翟胜丞南京林业大学材料科学与工程学院江苏南京210037 江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心江苏南京210037

木质纤维原料富含羟基,可通过液化处理转化为具有较高反应活性的液态产物,实现其高值化利用。纤维原料的液化过程中存在降解和缩聚反应的竞争反应,直接影响液化产物的特性。为了研究枫香果实的液化反应过程,以聚乙二醇和丙三醇(4∶1 V/V... 详细信息

木质纤维原料富含羟基,可通过液化处理转化为具有较高反应活性的液态产物,实现其高值化利用。纤维原料的液化过程中存在降解和缩聚反应的竞争反应,直接影响液化产物的特性。为了研究枫香果实的液化反应过程,以聚乙二醇和丙三醇(4∶1 V/V)为液化试剂,对枫香果实进行不同时间(30,60,90,120和150 min)的液化处理。利用傅里叶红外光谱(FTIR)结合主成分分析(PCA)、X射线衍射(XRD)分别对液化残渣和液化产物进行表征。结果表明枫香果实的液化率随反应时间延长逐渐提升,最高为88.79%。基于液化率和羟值确定枫香果实的最佳液化时间为120 min,此时液化率为87.91%,液化产物的羟值为280 mg KOH·g^(-1)。FTIR和XRD分析表明液化反应初期以木质素和半纤维素的降解反应为主;液化后期,结晶纤维素开始降解,同时伴随着缩聚反应的发生。主成分分析发现,不同液化时间得到的液化残渣的官能团分布相对独立,可以作为判断枫香果实在液化过程中各组分降解的依据。液化时间90 min为液化过程的转折点,此时主导反应逐渐由降解转为缩聚反应。此外,为了探究枫香果实液化产物在聚氨酯泡沫应用上的可行性,添加不同含量(10%,20%和50%)的枫香果实液化产物成功制备得到了聚氨酯泡沫。FTIR分析表明,枫香果实的液化产物可代替多元醇制备聚氨酯泡沫,且液化产物的添加并未改变聚氨酯泡沫的化学结构。研究结果为进一步探究木质纤维资源的液化过程和枫香果实的液化利用提供了理论依据。

关键词：枫香液化过程 FTIR 主成分分析聚氨酯泡沫

基于氧化还原法水稻秸秆基抑菌薄片的制备及表征

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化工新型材料 2023年第2期51卷 258-264页

作者：赵晨鹏余德倩范肖东翟胜丞孙恩慧潘明珠南京林业大学材料与工程学院南京210037 南京林业大学林业资源高效加工利用协同创新中心南京210037 江苏省农业科学院农业资源环境研究所南京210014

为充分利用当地农业废弃物水稻秸秆,以南粳46水稻秸秆为原料,用氧化还原的处理方法,通过光学表征、红外光谱、微观形貌及元素分析来研究不同浓度硝酸银溶液对纳米银颗粒生成的影响,用热重分析法和抑菌环法测试了薄片的主要性能,探索氧... 详细信息

为充分利用当地农业废弃物水稻秸秆,以南粳46水稻秸秆为原料,用氧化还原的处理方法,通过光学表征、红外光谱、微观形貌及元素分析来研究不同浓度硝酸银溶液对纳米银颗粒生成的影响,用热重分析法和抑菌环法测试了薄片的主要性能,探索氧化还原法制备纳米银颗粒在水稻秸秆纤维上的应用。结果表明:氧化还原法在水稻秸秆纤维上较好地负载上纳米银颗粒,具备一定的抑菌效果,不同浓度的硝酸银溶液对纳米银颗粒的粒径和分布影响明显,硝酸银浓度为40mmol/L时纳米银颗粒负载和抑菌效果最佳。

关键词：水稻秸秆纳米银氧化还原抑菌

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碳源组成对碳微球形貌及光谱学特性的影响

光谱学与光谱分析 2020年第10期40卷 3153-3160页

作者：阚玉娜陈冰炜翟胜丞梅长彤南京林业大学材料科学与工程学院江苏南京210037

碳微球作为一种新型碳材料,具有较高的比表面积和电导率,且表面富含羟基、羧基、羰基等活性基团,这使碳微球在吸附、催化剂载体、电极电池等领域具有广泛的应用前景。该研究通过水热法,分别以生物质水解液(葡萄藤、紫茎泽兰)、糖(木糖... 详细信息

碳微球作为一种新型碳材料,具有较高的比表面积和电导率,且表面富含羟基、羧基、羰基等活性基团,这使碳微球在吸附、催化剂载体、电极电池等领域具有广泛的应用前景。该研究通过水热法,分别以生物质水解液(葡萄藤、紫茎泽兰)、糖(木糖、葡萄糖、蔗糖)为碳源制备碳微球。使用场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscope,FE-SEM)、衰减全反射红外光谱(attenuated total reflection fourier transform infrared spectroscopy,ATR-FTIR)和光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对不同碳源碳微球的表观形貌及光谱学性质进行表征。并对红外光谱指纹特征区域(2000~800 cm^-1)的数据进行自动基线校正、自动平滑、归一化等处理,对处理后主要官能团的光谱数据进行主成分分析(principal component analysis,PCA),以探究不同碳源碳微球之间光谱学特性的差异。研究结果表明:碳微球得率、粒径分布与碳源种类相关。糖源碳微球粒径分布规律为蔗糖>葡萄糖>木糖,粒径分布在0.3~1.6μm之间;生物质源碳微球为紫茎泽兰>葡萄藤,粒径分布在0.1~0.6μm。红外光谱显示,生物质和糖源在碳化过程中均发生了脱水、脱羧、芳构化以及缩合反应,不同碳源制备的碳微球均含有芳香环结构;此外,碳微球表面存在O—H和CHO等含氧官能团。在主成分分析中,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)代表了83.1%的指纹区变量信息,能够反映原始光谱的主要信息。在主成分得分图中,不同碳源碳微球的分布相对独立,说明碳微球在化学组成上有明显的差异性。因此,光谱学特性上的差异可作为鉴别和分类不同碳源制备碳微球的主要依据,研究结果为进一步探讨和不同碳源碳微球的光谱学特性提供理论依据和研究基础。

关键词：水热法糖生物质碳微球 ATR-FTIR 主成分分析

红外光谱结合热重法对考古木材降解状况的分析

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光谱学与光谱分析 2020年第9期40卷 2943-2950页

作者：袁诚翟胜丞章一蒙张耀丽南京林业大学材料科学与工程学院江苏南京210037

考古木材的保存保护需要基于其主要化学组分的降解状况,制定科学的保护方案,如加固剂的选用、处理时间与温度的控制等。选取徐州万达汉代墓群出土四个棺木作为样品;经鉴定,树种分别为硬松(Pinus *** sp.)、楠木(Phoebe sp.)、梓木(Catal... 详细信息

考古木材的保存保护需要基于其主要化学组分的降解状况,制定科学的保护方案,如加固剂的选用、处理时间与温度的控制等。选取徐州万达汉代墓群出土四个棺木作为样品;经鉴定,树种分别为硬松(Pinus *** sp.)、楠木(Phoebe sp.)、梓木(Catalpa sp.)和榉木(Zelkova sp.)。采用衰减全反射傅立叶红外光谱及热重分析,快速表征考古木材和对应现代材的化学性质和热解特性。研究结果表明:考古硬松、考古楠木、考古梓木以及考古榉木的红外光谱中1730 cm^-1附近来自于半纤维素乙酰基上CO伸缩振动的吸收峰几乎消失,而1500 cm^-1附近木素苯环骨架伸缩振动吸收峰的相对峰强提高,这反映出古木半纤维素降解严重,而木素留存较好。古木综纤维素样品中均未发现半纤维素中酰氧键(—COO)位于1238 cm^-1附近的特征峰,而除现代楠木综纤维素外,其余现代材综纤维素红外谱图中均检测到此峰,这表明与纤维素相比,古木中半纤维素降解更严重,也说明楠木的半纤维素含有较少的酰氧键。与古木酸不溶木素样品相比,现代健康材酸不溶木素1459 cm^-1附近甲基与亚甲基的C—H弯曲振动的吸收峰强度较高,说明现代健康材酸不溶木素中有更多的甲基与亚甲基,木素大分子中含有更多的侧链。古木酸不溶木素的红外谱中1028 cm^-1附近的木素中仲醇与脂肪醚结构的吸收峰强度低于现代材,说明古木的酸不溶木素含有较少的C—O键。比较不同树种古木和现代材的热解行为,发现古木热解速率均减缓,快速热解段起始温度提前,残炭率提高。古木与现代材热解行为的差异,主要与古木综纤维素大量降解,木素相对含量的提高有关。在4个古木样品中,考古楠木的残炭率最低,这表明考古楠木木素相对含量较低,综纤维素保存较好,其天然耐久性在4个树种中最好。此外,由于古木酸不溶木素中含有较少的侧链以及甲氧基使得其热解速率变慢。以上结果表明,红外光谱与热重分析均可用于分析考古木材的降解状况,能为及时制定文物保护方案提供科学依据。

关键词：考古木材红外光谱分析热重分析降解

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棕榈类纤维的结构、化学、物理性能

棕榈类纤维的结构、化学、物理性能

作者：翟胜丞南京林业大学

学位级别：硕士

现在,我国政府提倡发展低碳经济;木质材料短缺、温室效应等问题得到了全世界的关注与重视。因此,我们必须找到除了木材以外,一些其他可以利用的植物资源。棕榈科是一个单子叶植物科,大约有210属2800种,这个属的植物主要生长在热带和亚... 详细信息

现在,我国政府提倡发展低碳经济;木质材料短缺、温室效应等问题得到了全世界的关注与重视。因此,我们必须找到除了木材以外,一些其他可以利用的植物资源。棕榈科是一个单子叶植物科,大约有210属2800种,这个属的植物主要生长在热带和亚热带地区,特别是在热带亚洲和美洲。和棕榈科其他植物相比,棕榈(Trachycarpus fortunei)是一种广泛分布的单子叶植物。棕榈生长于世界的广大地区范围,这是其他一些棕榈科植物所无法做到的;它可以成为当地的纤维、蜡质等原料。古代人民使用棕榈的叶鞘纤维编织出绳子,而这些绳子表现出良好的耐腐性。在热带地区的人们还使用棕榈树干作为建筑材料。利用偏光显微镜和透射电子显微镜(TEM),对棕榈纤维细胞壁的多层结构进行观察,发现每个纤维细胞壁包含至少3层。扫描电子显微镜(SEM)的试验表明,整个纤维束的表面被硅石颗粒覆盖;这可能是棕榈纤维十分耐腐的一个原因。通过红外光谱分析对几个叶鞘沿其轴向方向进行了测试。测试是针对叶鞘颜色的转变区域进行的,从底部到顶部测试其化学成分的变化。结果显示：沿轴向由下至上方向,即颜色由浅变深的方向,纤维逐渐成熟,薄壁细胞逐渐脱离纤维;纤维素的含量呈下降趋势,且半纤维素、木质素含量逐渐增加。棕榈的叶鞘纤维有两种样式——较粗的和较细的纤维束,而这些纤维有不同的方向生长。从树干弦切面方向观察他们,它们显示一种十字交叉的样式。在进行拉伸强度测试时,得到棕榈纤维束拉伸试验的应力-应变曲线。它表现出较高的塑性变形,直到20-70%时纤维产生应变断裂。根据叶鞘纤维的粗细和其生长方向,可以将他们分为3层。从一层叶鞘中分出的内、中、外三层纤维,其平均直径分为202.1μm,418.0μm和342.5μm。总体上看,纤维束的直径介于147μm至547μm之间。最细小的纤维束是由33个纤维细胞组成,而其中一个最粗的纤维束是由574个纤维细胞组成。虽然内层纤维较细,但它们有较高的拉伸强度,平均达到113.9MPa;弹性模量为1249.0MPa。拉伸强度试验的一些标本在测试后断裂;而另一些则表现出很高的应变,且没有断裂。通过扫描电镜的观察,研究拉伸试验后样品断裂面的特点。

关键词：棕榈纤维维管束解剖性能

木栓脂加固处理对饱水古木吸湿性及尺寸稳定性的影响

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林业工程学报 2023年第6期8卷 33-42页

作者：吕偲琪阚玉娜王军翟胜丞南京林业大学材料科学与工程学院南京210037 南京市考古研究院南京210004 南京林业大学林业资源高效加工利用协同创新中心南京210037

为了探究天然植物源考古木材加固剂——木栓脂对饱水古木吸湿性及尺寸稳定性的影响,将从栓皮栎树皮中提取的木栓脂与双癸基二甲基氯化铵表面活性剂按一定质量比配制一种新型水溶性加固剂对饱水考古木材进行加固处理。基于质量增加率、... 详细信息

为了探究天然植物源考古木材加固剂——木栓脂对饱水古木吸湿性及尺寸稳定性的影响,将从栓皮栎树皮中提取的木栓脂与双癸基二甲基氯化铵表面活性剂按一定质量比配制一种新型水溶性加固剂对饱水考古木材进行加固处理。基于质量增加率、尺寸抗收缩率、色度、平衡含水率的变化以及吸湿等温线(GAB)模型拟合分析加固处理对古木理化性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱法表征加固剂在古木中的分布及主要化学组分含量变化规律,探讨木栓脂对古木的加固机理。结果表明:当木栓脂加固液质量分数为35%时,加固古木的质量增加率达到最大值69.35%,弦向、径向和轴向的抗收缩率均达到最大,分别为81.59%,57.88%和83.83%,加固古木尺寸稳定性提高。加固古木与未处理古木相比颜色无明显变化,明度值等颜色参数变化较小,其中木栓脂加固古木的明度差值较未处理古木减小了0.78~3.37,总色差值减小了0.40~1.71。SEM与FT-IR表征发现,加固剂在古木中的加固类型包括细胞腔部分填充、细胞腔完全填充和与细胞壁结合3种方式。加固后的古木平衡含水率的变化和GAB模型的拟合结果表明,加固古木在各相对湿度条件下的平衡含水率显著降低,木材的吸湿性能变差。研究证明利用木栓脂对饱水考古木材加固处理是一种新型有效的加固方法,该处理方法可有效提升古木尺寸稳定性,并降低其吸湿性,有助于文物在馆藏环境下进行长期保存。

关键词：饱水考古木材木栓脂加固保护尺寸稳定性吸湿性

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三元系溶液浓度对折射率的影响

南京林业大学学报（自然科学版） 2008年第2期32卷 148-150页

作者：翟胜丞王雅各卢晓宁南京林业大学木材工业学院江苏南京210037 南京林业大学信息技术学院江苏南京210037

通过对不同浓度碳酸钠和葡萄糖混合溶液折射率的测定,验证当组分单一或组分结构相似时,溶液的折射率和溶液的浓度呈线性关系。发现当两种单一溶液混合在一起,溶质粒子之间相互作用对折射率大小有一定的影响。并对溶质离子之间的交互作... 详细信息

通过对不同浓度碳酸钠和葡萄糖混合溶液折射率的测定,验证当组分单一或组分结构相似时,溶液的折射率和溶液的浓度呈线性关系。发现当两种单一溶液混合在一起,溶质粒子之间相互作用对折射率大小有一定的影响。并对溶质离子之间的交互作用进行了进一步分析。通过二元方程分析,得到三元系溶液折射率与浓度的函数关系n(x1,x2)=n0+Ax1+Bx2+Cx1x2,并求得影响系数C的大小。

关键词：折射率三元系溶液负影响

案例教学在应用型专业课程中的实践——以木材科学与工程专业课程为例

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科教文汇 2023年第13期 88-90页

作者：王新洲潘彪翟胜丞冷魏祺梅长彤石江涛南京林业大学材料科学与工程学院江苏南京210037

木材科学与工程专业是一个十分注重理论与实践结合的工科专业,加强案例教学法在相关专业课程教学中的应用具有重要价值。该文结合课程教学团队实践,围绕案例素材收集、制作、分析,教学过程设计以及思政教育价值信息的挖掘等方面,分享了... 详细信息

木材科学与工程专业是一个十分注重理论与实践结合的工科专业,加强案例教学法在相关专业课程教学中的应用具有重要价值。该文结合课程教学团队实践,围绕案例素材收集、制作、分析,教学过程设计以及思政教育价值信息的挖掘等方面,分享了案例教学在木材学和木材商品学中的应用实践情况。通过案例教学提高学生认识、分析和解决问题的综合能力,让学生切身体会本专业在社会发展中的作用,从而激发学生的学习热情、提高课堂教学质量。

关键词：木材科学与工程专业课程案例教学应用实践