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硅烷-二氧化硅气凝胶颗粒不同复配比例浸渍处理对增强杨木阻燃性能的影响

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东北林业大学学报 2024年第8期52卷 134-144页

作者：韦宇邱哲张天鹏王永贵谢延军肖泽芳东北林业大学哈尔滨150040

以γ-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷水解液(GPS)、二氧化硅气凝胶(SA)为改性剂原料,在质量分数为30%的GPS水解液中,加入占GPS质量2%、4%、6%、8%、10%的SA颗粒,制备复合改性的浸渍液;以杨木(Populus adenopoda)木材为试材,采用对木材... 详细信息

以γ-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷水解液(GPS)、二氧化硅气凝胶(SA)为改性剂原料,在质量分数为30%的GPS水解液中,加入占GPS质量2%、4%、6%、8%、10%的SA颗粒,制备复合改性的浸渍液;以杨木(Populus adenopoda)木材为试材,采用对木材试件进行真空加压浸渍处理方法,使用不同配比的复合改性的浸渍液浸渍处理木材试件制备5种复合改性浸渍液的改性木材、使用GPS水解液浸渍处理木材试件制备GPS改性木材、使用占GPS质量6%的SA水溶液浸渍处理木材试件制备SA改性木材;按照相关标准和试验方案,测定改性材的质量增加率、浸渍液流失率、微观形貌、隔热性能、表面接触角、硅元素化学组分构成、热稳定性、燃烧性能,分析硅烷-二氧化硅气凝胶颗粒不同复配比例浸渍处理杨木对增强杨木阻燃性能的影响。结果表明,GPS-SA复合改性有效改善了木材的疏水性,与单纯使用SA颗粒处理木材相比较,GPS-SA复合改性组水洗10 d后浸渍液流失率最高可降低了42%。扫描电镜分析结果表明,GPS主要在木材细胞腔中自聚形成大分子聚合物,而SA颗粒则主要附着于木材的导管上,且随着SA颗粒质量比例提高,SA颗粒团聚现象增加。GPS-SA复合改性后,木材的密度比未处理木材提高38%,而密度变大会导致热导率升高,但“GPS+占GPS质量6%的SA”组的热导率仍比未处理木材降低6%,且面积热容比未处理木材提高59%。热质量分析结果表明,GPS-SA处理,提高了木材的热解温度和剩余物质量。锥形量热仪分析结果表明,“GPS+占GPS质量6%的SA”处理木材比未处理木材的点燃时间滞后28s、热释放速率峰值下降44.5%、热释放总量下降47.8%、烟释放速率峰值降低29.4%、烟释放总量减少39.1%,处理材的CO、CO_(2)产量也明显比未处理材少。综合研究结果,GPS-SA复合处理能有效改善木材阻燃性能,并且制备方法简洁环保。

关键词：杨木阻燃性能硅烷偶联剂二氧化硅气凝胶水基型阻燃剂

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生物基水凝胶制备与应用研究进展

林产化学与工业 2022年第5期42卷 122-136页

作者：王硕王永贵肖泽芳谢延军东北林业大学材料科学与工程学院生物质材料科学与技术教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150040

首先介绍了生物基水凝胶材料的研究背景和应用现状,并根据交联机制的不同,对物理水凝胶和化学水凝胶进行了分类和阐述,接着以生物质原料作为划分依据,分别对纤维素、壳聚糖、蛋白质等生物基材料制备的水凝胶作了归纳性介绍,包括纤维素... 详细信息

首先介绍了生物基水凝胶材料的研究背景和应用现状,并根据交联机制的不同,对物理水凝胶和化学水凝胶进行了分类和阐述,接着以生物质原料作为划分依据,分别对纤维素、壳聚糖、蛋白质等生物基材料制备的水凝胶作了归纳性介绍,包括纤维素的溶剂体系、纤维素基水凝胶的制备及纤维素衍生化改性方法;壳聚糖基水凝胶的原料来源和改性方法,以及通过其分子链上的胺基形成的静电相互作用和亚胺键等交联机制;蛋白质基水凝胶中多肽分子链β-折叠自组装的交联方式及其良好的生物相容性和生物活性等特点;淀粉、海藻酸钠、卡拉胶等亲水性天然高分子以物理或化学交联方式制备的生物基水凝胶。同时,对功能化生物基水凝胶在生物医学领域的应用进行了详细阐述,包括药物缓释和靶向传输、细胞培养基、组织修复支架、伤口敷料等。此外,还总结了生物基水凝胶作为吸附材料在环境领域的应用和研究,并对其在包装材料,驱动传感、光电催化等领域的应用进行了阐述。最后,归纳了生物基水凝胶面临的发展机遇和挑战,并对未来研究方向进行了展望。

关键词：生物质水凝胶纤维素壳聚糖蛋白质

多功能CeO_(2)/纤维素纳米纤维复合超疏水涂层的制备与性能

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复合材料学报 2023年第5期40卷 3002-3017页

作者：樊鑫炎黄俊雅杨炎晓宋丽丽王永贵肖泽芳王海刚谢延军东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室哈尔滨150040

自然界超疏水现象因独特的润湿性能被广泛关注,超疏水涂层的制备与应用尤为迫切。采用硝酸铈六水合物(Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O)共沉淀法于纤维素纳米纤维(CNFs)表面合成二氧化铈(CeO_(2)),通过十八烷基三甲基硅氧烷(OTMS)对其进行疏水... 详细信息

自然界超疏水现象因独特的润湿性能被广泛关注,超疏水涂层的制备与应用尤为迫切。采用硝酸铈六水合物(Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O)共沉淀法于纤维素纳米纤维(CNFs)表面合成二氧化铈(CeO_(2)),通过十八烷基三甲基硅氧烷(OTMS)对其进行疏水改性,喷涂构筑得到超疏水涂层。探讨了CNFs、Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O和OTMS不同质量比对超疏水涂层形貌和疏水性能的影响。结果表明:CNFs和Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O质量比为1∶5和1∶7涂层具有实现超疏水特性的微/纳结构,其中CNFs、Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O和OTMS质量比为1∶5∶10涂层接触角为(159.7±1.1)°,滚动角为(5.7±1.8)°,经过150°C高温处理3 h和UV照射36 h后接触角仍大于150°,同时具有良好的p H稳定性和一定的力学强度。涂层应用于玻璃、纸、木材和海绵等基体均可构筑超疏水表面并赋予其优异的自清洁性能,其中超疏水玻璃涂层对UV-A和UV-B紫外透过率分别为12.6%和0.1%,超疏水海绵吸油效率达94%左右。该超疏水涂层有望被用作保护材料并且拓展了稀土金属氧化物在纤维素基超疏水涂层领域的应用。

关键词：超疏水纤维素纳米纤维二氧化铈涂层原位合成紫外屏蔽

MXenes复合材料的发展:界面调控及结构设计

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高等学校化学学报 2021年第4期42卷 1225-1240页

作者：巴智晨梁大鑫谢延军东北林业大学木质新型材料教育部工程研究中心哈尔滨150040 东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

MXenes作为一类新兴的二维材料,因具有独特的亲水性、优异的力学性能、丰富的表面官能团、高导电率、光热以及光电效应等性能而成为研究热点,广泛应用在电磁屏蔽、电化学储能、生物医药、分离、传感器和海水淡化等领域.虽然MXenes具有... 详细信息

MXenes作为一类新兴的二维材料,因具有独特的亲水性、优异的力学性能、丰富的表面官能团、高导电率、光热以及光电效应等性能而成为研究热点,广泛应用在电磁屏蔽、电化学储能、生物医药、分离、传感器和海水淡化等领域.虽然MXenes具有这些优异的性能,但是其存在的与疏水性高分子相容性差、带负电的官能团阻碍电解质运输及易氧化等问题限制了其实际应用.近年来,通过对MXenes进行界面调控以解决其固有缺陷,并在此基础上对MXenes进行针对性的结构设计以提升界面稳定性,其性能得到了进一步提升.本文对MXenes复合材料发展过程中在界面调控和结构设计方面的研究进展进行总结,并重点介绍了MXenes的结构和性质及MXenes在复合材料中的界面调控手段,对MXenes复合材料的结构设计进行了阐述,并对MXenes复合材料的发展前景进行了展望.

关键词：过渡金属碳(氮)化物(MXenes) 复合材料界面调控结构设计

基于木材细胞壁结构调控的能源存储与转换材料研究进展

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林业工程学报 2022年第6期7卷 1-12页

作者：甘文涛王耀星肖坤翟墨坤王海刚谢延军东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室哈尔滨150040

近年来,随着对木材细胞壁微结构认识的深入和细胞壁调控技术手段的丰富,木材作为一种绿色、可再生且储量丰富的天然高分子材料,开始在节能建筑、环境保护、生物工程和储能器件等领域发挥出独特的功能优势,引起了广泛关注。利用木材开发... 详细信息

近年来,随着对木材细胞壁微结构认识的深入和细胞壁调控技术手段的丰富,木材作为一种绿色、可再生且储量丰富的天然高分子材料,开始在节能建筑、环境保护、生物工程和储能器件等领域发挥出独特的功能优势,引起了广泛关注。利用木材开发高能量密度电极、高效电解水催化剂,对推进落实“双碳”目标、实现能源的绿色和可持续发展具有重要意义。笔者基于木材细胞壁调控方法-结构-功能三者之间的联系,总结了利用物理、化学和生物反应对木材细胞壁进行结构解聚、活化造孔和功能修饰的方法,探讨了碳化后木材电极的结构特征与电化学性能之间的关联机制。基于木材孔隙结构和厚度自适应性的特点,讨论了实体木材对实现超级电容器高能量密度和高功率密度的重要性;针对木材电极分级多孔的结构特性,分析了以木材为载体制备高性能的锂-氧电池和锂-硫电池的创新思路;利用实体木材的化学活性,重点探讨了其作为催化剂载体,在催化水裂解制氢方面表现出的协同增效与技术优势。最后,基于以上的论述,对木材作为储能材料所面临的机遇、挑战以及未来需要重点关注的研究方向进行了展望。

关键词：木材细胞壁修饰超级电容器储能器件电催化

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硅酸钠/硼酸处理增强杨木和辐射松阻燃性能

林业工程学报 2022年第5期7卷 35-43页

作者：肖泽芳常野程泽斌李京潘王永贵谢延军徐子凡木质新型材料教育部工程研究中心(东北林业大学) 哈尔滨150040 东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040 德华兔宝宝装饰新材股份有限公司湖州313200

先后采用质量分数为10%的硅酸钠(SS)水溶液和5%的硼酸(BA)水溶液,在真空加压辅助条件下通过两步法分别对人工速生林杨木和辐射松进行浸渍处理,制备阻燃杨木和阻燃辐射松木材(SS/BA处理)。未处理素材、10%SS处理材和5%BA处理材作为SS/BA... 详细信息

先后采用质量分数为10%的硅酸钠(SS)水溶液和5%的硼酸(BA)水溶液,在真空加压辅助条件下通过两步法分别对人工速生林杨木和辐射松进行浸渍处理,制备阻燃杨木和阻燃辐射松木材(SS/BA处理)。未处理素材、10%SS处理材和5%BA处理材作为SS/BA处理材的对比试样。扫描电子显微镜分析显示,SS、BA或者SS/BA在木材中分别以纳米颗粒、微米薄片和微米块状体的形式分布于细胞腔等大孔隙中;SS/BA在细胞腔内的微米块状体表明SS与BA发生反应生成块状凝胶,阻塞了木材细胞腔通道。经SS或者SS/BA处理的杨木出现了一定程度的细胞皱缩现象,表明木材细胞壁组分如木质素和半纤维素经碱性的改性液处理后出现化学降解或物理溶出。X射线能谱分析显示,在细胞壁中存在大量的硅和硼元素,证明改性剂分子能够扩散进细胞壁内部。傅里叶红外变换光谱结果显示,SS与BA二者能够在木材细胞中反应生成凝胶,但缺乏与木材形成化学键的充分证据;经SS或SS/BA处理的木材,其位于1730 cm^(-1)处的羰基特征峰消失,进一步说明了半纤维素等组分的降解和溶出。热重分析表明,SS/BA两步处理的木材最大热降解速率降低,残炭率提高,表明二者协同催化低温成炭,保护木材表面;通过锥形量热仪对木材燃烧性能分析,与对照组相比,经SS/BA两步处理后的杨木和辐射松的点燃时间分别由35和36 s延长至55和53 s,放热速率分别降低了59.9%和51.5%,总热释放量分别降低了56.9%和51.4%,烟生成速率分别降低了83.1%和91.8%,总产烟量分别降低了90.9%和84.2%。上述结果表明,SS物理隔绝作用和BA催化木材成炭作用能够协同增强木材的阻燃性能。

关键词：硼酸硅酸钠杨木辐射松阻燃性能

多功能CeO/纤维素纳米纤维复合超疏水涂层的制备与性能

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复合材料学报 2022年

作者：樊鑫炎黄俊雅杨炎晓宋丽丽王永贵肖泽芳王海刚谢延军东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室

自然界超疏水现象因独特的润湿性能被广泛关注，超疏水涂层的制备与应用尤为迫切。采用硝酸铈，六水合物(Ce(NO)·6HO)共沉淀法于纤维素纳米纤维(CNFs)表面合成二氧化铈(CeO)，通过十八烷基三甲基硅氧烷(OTMS)对其进行疏水改性，喷涂构...

自然界超疏水现象因独特的润湿性能被广泛关注，超疏水涂层的制备与应用尤为迫切。采用硝酸铈，六水合物(Ce(NO)·6HO)共沉淀法于纤维素纳米纤维(CNFs)表面合成二氧化铈(CeO)，通过十八烷基三甲基硅氧烷(OTMS)对其进行疏水改性，喷涂构筑得到超疏水涂层。探讨了CNFs、Ce(NO)·6HO和OTMS不同质量比对超疏水涂层形貌和疏水性能的影响。结果表明，CNFs和Ce(NO)·6HO质量比为1:5和1:7涂层具有实现超疏水特性的微/纳结构，其中CNFs、Ce(NO)·6HO和OTMS质量比为1:5:10涂层接触角为(159.7±1.1)°，滚动角为(5.7±1.8)°，经过150°C高温处理3 h和UV照射36 h后接触角仍大于150°，同时具有良好的pH稳定性和一定的机械强度。涂层应用于玻璃、纸、木材和海绵等基体均可构筑超疏水表面并赋予其优异的自清洁性能，其中超疏水玻璃涂层对UV-A和UV-B紫外透过率分别为12.6%和0.1%，超疏水海绵吸油效率达94%左右。该超疏水涂层有望被用作保护材料并且拓展了稀土金属氧化物在纤维素基超疏水涂层领域的应用。

关键词：

纤维素甲基丙烯酸酯水凝胶的制备及重金属离子吸附性能研究

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森林工程 2023年第1期39卷 82-91页

作者：陈旭王硕汤相宇吴明宇肖泽芳王永贵谢延军东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

水体和土壤是生态环境健康安全发展的基础,重金属含量超标则严重污染了土壤和水体,对人体健康和生态环境构成威胁。具有高吸附性的凝胶材料通过重金属高吸附性及多孔性将水体和土壤中重金属离子富集于自身中,实现水体和土壤中重金属离... 详细信息

水体和土壤是生态环境健康安全发展的基础,重金属含量超标则严重污染了土壤和水体,对人体健康和生态环境构成威胁。具有高吸附性的凝胶材料通过重金属高吸附性及多孔性将水体和土壤中重金属离子富集于自身中,实现水体和土壤中重金属离子的有效去除。以杨木木粉中提取的纤维素为原料,利用离子液体在均相条件下通过酯化反应合成可溶于二甲基亚砜的纤维素甲基丙烯酸酯(CM)。以CM为原料,首先通过碳碳双键交联制备了CM有机凝胶。然后通过巯基-烯点击化学反应分别将3-巯基丙酸(MA)和L-半胱胺盐酸盐(CH)接枝到CM有机凝胶中的未反应碳碳双键上,制备了2种分别具有羧基或氨基活性吸附基团CM基水凝胶,分别命名为CM-MA和CM-CH。在化学结构与形貌分析基础上,系统研究了2种水凝胶对重金属离子的吸附性能,并对其吸附机理进行了探究。研究结果表明,在本研究选用的6种重金属离子,CM-MA水凝胶对Pb2+吸附效果最好,最大吸附量可达148.44 mg/g。CM-CH水凝胶对Hg2+展现出优异的特异性吸附性能,最大吸附量为112.55 mg/g。2种水凝胶对重金属离子的吸附均属于单分子层的化学吸附,吸附动力学模型更符合准二级吸附动力学模型。本研究不仅为重金属污染的处理提供一条有效途径,同时实现了农林废弃物的高值化利用,对资源利用和环境保护具有一定的指导意义。

关键词：纤维素甲基丙烯酸酯点击化学水凝胶重金属离子吸附

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老年性传播疾病392例分析

中国老年学杂志 2009年第11期29卷 1432-1433页

作者：谢延军长春市中心医院皮肤病科吉林长春130051

有关老年性传播疾病(STD)的研究,国内外均较少报道.现将我院STD门诊老年患者392例进行分析.

关键词：老年性传播疾病