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竹材的纳米TiO2改性及抗菌防霉性能研究

光谱学与光谱分析 2010年第4期30卷 1056-1060页

作者：孙丰波余雁江泽慧任海青王戈刘杏娥国际竹藤网络中心国家林业局竹藤科学与技术重点实验室北京100102 中国林业科学院木材工业研究所北京100091

竹材是一种重要的森林资源,但容易腐朽霉变,在户外使用受到限制。可采用溶胶-凝胶法,在低温条件下制备了TiO2溶胶,并通过浸渍提拉的方式,完成了竹材的纳米TiO2改性。同时利用电子核磁共振波谱仪(NMR)、场发射环境扫描电镜(FESEM)、X射... 详细信息

竹材是一种重要的森林资源,但容易腐朽霉变,在户外使用受到限制。可采用溶胶-凝胶法,在低温条件下制备了TiO2溶胶,并通过浸渍提拉的方式,完成了竹材的纳米TiO2改性。同时利用电子核磁共振波谱仪(NMR)、场发射环境扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDAX)对TiO2进行形态和结构表征,重点研究了温度对TiO2薄膜形态、晶型及抗菌防霉性能的影响。研究结果表明,3种温度(20,60,105℃)处理的TiO2改性竹材不仅完全保持了竹材的天然颜色、纹理、结构,而且抗菌性能由不具抗菌性变为对大肠杆菌的杀菌率超过99%,防霉性能提高了10倍以上。这种方法有望成为竹材功能性改良的新手段,并对包括木材在内的其他天然生物质材料保护和改良也具有借鉴意义。

关键词：竹材 TiO2 纳米薄膜抗菌防霉

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竹材酶水解制备单糖的预处理研究进展

林业科学 2024年第3期60卷 150-159页

作者：马腾飞刘悦战雅微王美鑫李志强国际竹藤中心竹藤科学与技术国家林业和草原局重点实验室北京100102

糖类是生物体的基本营养物质和重要组成成分,糖平台化合物指糖类经生物或化学转化而来的基本化学物质,并可进一步转化为高价值的生物基化学品或材料。利用资源量大、生长周期短的竹材制备单糖,进而开发一系列生物基糖平台化合物,前景广... 详细信息

糖类是生物体的基本营养物质和重要组成成分,糖平台化合物指糖类经生物或化学转化而来的基本化学物质,并可进一步转化为高价值的生物基化学品或材料。利用资源量大、生长周期短的竹材制备单糖,进而开发一系列生物基糖平台化合物,前景广阔。竹材可通过绿色、环保、可持续的生物酶水解工艺制备单糖,其中最关键的步骤是预处理,要求成本合理、废液处理过程简便环保,且木质素能够有效利用。本研究综述近10年来预处理对竹材酶水解制备单糖的影响,从反应机理、底物收率、底物中纤维素含量、酶水解性能和糖降解生成发酵抑制物等角度,概括总结物理法、化学法、物理化学法、共晶溶剂法、有机溶剂法和其他方法等预处理方法的优势和不足。基于绿色高效转化利用的目标,建议竹材预处理制备单糖要综合考虑预处理工艺、生物酶制剂、竹种、竹龄和木质素高值化利用等因素,并提出未来竹材生物炼制技术的研究方向:1)竹材的致密和坚硬结构是影响其高效预处理的重要因素,需探索系统的低耗能破碎方法;2)研发具备廉价、绿色、工艺简便和降解产物少的预处理药剂以及符合竹材结构特性的预处理方法;3)研发竹材木质素高值化利用关键技术与工艺,推进竹材原料全化学组分利用。

关键词：竹材预处理酶水解单糖

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竹材木质素特性及表征方法研究进展

材料导报 2020年第7期34卷 177-182页

作者：杨淑敏刘杏娥尚莉莉马建锋田根林江泽慧国际竹藤中心竹藤科学与技术重点实验室北京100102

竹材作为一种天然纤维增强复合材料,性能优良,可在一定程度上缓解木材资源短缺矛盾。木质素的异质性分布和分子结构是决定竹材性能的因素之一,是竹材解剖和化学基础研究中的热点和难点。竹纤维和基本薄壁组织的木质化过程在竹材的第一... 详细信息

竹材作为一种天然纤维增强复合材料,性能优良,可在一定程度上缓解木材资源短缺矛盾。木质素的异质性分布和分子结构是决定竹材性能的因素之一,是竹材解剖和化学基础研究中的热点和难点。竹纤维和基本薄壁组织的木质化过程在竹材的第一个生长季节内逐渐加强。纤维细胞壁呈现宽窄交替的多层结构,木质化过程是从细胞腔向复合胞间层推进。导管和纤维细胞在茎伸长生长完成之前开始木质化,而薄壁组织的木质化过程完成在茎伸长生长之后。竹木质素属于G-S-H型,除有愈创木基(G)和紫丁香基(S)两类单体外,还含有相当数量的对羟苯基型(H)结构,同时其结构中还存在对香豆酸酯键联接。本文对竹材细胞壁结构以及木质素微区分布、分离方法和分子结构的研究进展进行了综述,期望可以为竹材力学性能适应性、加工工艺和高附加值利用提供参考数据。研究竹材木质素在细胞壁的微区分布的方法有荧光显微法、紫外显微分光光度计法、扫描电镜技术、X射线能谱分析法、透射显微镜技术和共聚焦激光扫描显微镜技术等,其中还结合了组织或细胞化学技术和免疫细胞化学技术。共聚焦拉曼显微镜结合光谱成像技术和纳米红外技术为植物细胞壁化学成分微区分布研究提供了强有力的手段。本文概述了木质素的分离方法,主要可以分为:磨木木质素、酶解木质素以及多种化学和物理手段结合的酶解-酸解木质素、两次球磨和两次酶解的残渣木质素制备方法,并评价了不同方法所得木质素的结构和纯度等优缺点。此外,化学预处理因试剂不同,分离出来的木质素有酸木质素、碱木质素、溶剂型木质素等,特别是对甲苯磺酸、离子液体、低共溶剂等绿色溶剂的使用实现了木质素的高效分离。木质素分子结构的研究方法有湿部化学法,包括硝基苯氧化法、高锰酸钾氧化法、衍生后还原降解法、硫代酸解法、裂解气质联用法等。湿部化学法可以获得木质素的结构信息,但是对官能团表征还不能获得完整的信息。光谱法可以对木质素及官能团进行定性和定量分析,可以获得木质素完整的结构信息。光谱法主要包括紫外光谱法、傅里叶红外光谱法和核磁共振光谱法,本文重点综述了碳谱和二维异核单量子相干谱等先进液态核磁共振技术表征木质素的分子结构的最新进展,并提出了该领域今后的发展趋势。

关键词：竹材木质素异质性分布显微光谱技术分子结构

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铜唑防腐剂处理竹材的同步辐射无损检测研究

光谱学与光谱分析 2018年第3期38卷 901-904页

作者：彭冠云刘杏娥杨淑敏覃道春谢红兰邓彪杜国浩佟亚军肖体乔中国科学院上海应用物理研究所上海201204 国际竹藤中心北京100102

第三代同步辐射光源X射线具有高亮度、光谱连续、宽频谱范围、高空间分辨率、高衬度分辨率等独特优越性,可实现光谱精准计算及能量可调,对低Z材料内部结构边缘增强图像方面也具有很强的优势。利用上海同步辐射光源X射线双能减影和相衬... 详细信息

第三代同步辐射光源X射线具有高亮度、光谱连续、宽频谱范围、高空间分辨率、高衬度分辨率等独特优越性,可实现光谱精准计算及能量可调,对低Z材料内部结构边缘增强图像方面也具有很强的优势。利用上海同步辐射光源X射线双能减影和相衬成像技术,实现铜唑防腐剂处理竹材的同步辐射无损检测研究,并获得了Cu的分布图和处理材的内部结构,该技术为防腐处理竹材解剖学研究提供了一个重要无损检测手段。

关键词：铜唑防腐剂竹材同步辐射双能减影相衬成像

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竹材热解过程中焦炭组分的变化规律

农业工程学报 2016年第10期32卷 232-239页

作者：刘标董亚斌何涛陈应泉杨海平王贤华陈汉平华中科技大学煤燃烧国家重点实验室武汉430074 武汉市天颖环境工程有限公司武汉430074

为了准确掌握生物质热分解机理,该文采用竹材作为典型生物质代表,利用元素分析、漫反射红外(diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy,DRIFTS)和二维红外相关光谱(two-dimensional perturbation correlation infrared spectroscopy,2D-PCIS)相结合研究了生物质热解过程中焦炭化学成分、化学结构的演变规律。研究结果发现,氢键网络在250℃热解下解构形成自由羟基,伯醇基在该温度下可转化为羰基类C=O。烷基-CH、-CH2、-CH3起始反应温度分别为250、300、350℃,而吡喃环C-O在300℃左右断键生成大量醚类脂肪链化合物,这些化合物经过缩合重构可能形成新的芳环结构。当热解温度超过350℃,芳基取代反应开始大量发生,焦炭中羰基C=O、醚键C-O-C数量减少,芳环取代基数量增加;500℃后,芳环稠环化反应开始大量发生,600℃热解温度下制备的焦炭中含有大量的稠环芳烃结构。

关键词：生物质热解竹材焦炭漫反射二维红外相关光谱

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XRD与NMR的热处理竹材结晶性能研究

光谱学与光谱分析 2017年第1期37卷 256-261页

作者：楚杰张军华马莉路海东西北农林科技大学陕西杨凌712100

木质纤维素的结晶度研究方法较多,但目前观点不一。采用三种不同的热处理方法(稀酸,碱及甘油高温处理)并基于X射线衍射(XRD)和固体核磁共振技术(CP/MAS 13 NMR),综合研究竹材结晶度变化规律,通过X射线衍射参数及高斯函数曲线分析结晶纤... 详细信息

木质纤维素的结晶度研究方法较多,但目前观点不一。采用三种不同的热处理方法(稀酸,碱及甘油高温处理)并基于X射线衍射(XRD)和固体核磁共振技术(CP/MAS 13 NMR),综合研究竹材结晶度变化规律,通过X射线衍射参数及高斯函数曲线分析结晶纤维素C-4区域的信号面积分析,获得不同的化学热处理介入下竹材化学成分及结晶度变化机理。结果表明:经过化学热处理后,竹材的结晶度指数总体增加,碱处理002峰尖锐程度增大,并向大角度方向偏移明显,002晶面宽度变大,结晶区层间距尺度变小。CP/MAS 13 NMR与XRD结果基本一致,但是计算值偏小。未处理竹材在84.6ppm信号处分裂成两个峰顶,88.7和83.1ppm,,表明C-4在热处理过程中发生了从纤维素Ⅰ~Ⅱ的化学转换,从化学结构变化的角度证明了碱处理可以有效破坏竹子纤维之间的内结合阻力,并产生高度活性纤维素,对于实现木质纤维素原料的高效生物转化利用提供指导。

关键词：竹材热处理 X射线衍射结晶性能 CP/MAS 13 NMR

热处理竹材的化学成分傅里叶变换红外光谱分析

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光谱学与光谱分析 2016年第11期36卷 3557-3562页

作者：楚杰马莉张军华西北农林科技大学陕西杨凌712100

化学热处理是实现可再生木质生物能源中纤维素高效利用及半纤维素糖化转换的关键步骤。通过预处理过程可以快速去除难溶木质素,实现细胞壁中半纤维素的物理化分离,使得植物细胞壁中化学成分发生变化,从而增加木质纤维素的产出量。以硫酸... 详细信息

化学热处理是实现可再生木质生物能源中纤维素高效利用及半纤维素糖化转换的关键步骤。通过预处理过程可以快速去除难溶木质素,实现细胞壁中半纤维素的物理化分离,使得植物细胞壁中化学成分发生变化,从而增加木质纤维素的产出量。以硫酸(H_2SO_4)、稀碱(NaOH)及甘油(glycerol)为预处理介质,采用不同的热处理温度(硫酸(H_2SO_4)、稀碱(NaOH)热处理温度为117和135℃;甘油(glycerol)热处理温度为117℃)),对竹材处理前后的主要化学组分进行对比分析,并通过傅里叶变换红外光谱进一步证实化学热处理前后竹材化学组分的变化,以获得不同的化学热处理介入下竹材化学成分转换的主要变化规律和机理。结果表明:热化学处理后竹材的纤维素产出量明显增加。纤维素得率及木质素的去除率在不同的处理介质条件下的变化规律为,稀碱(NaOH)处理效果优于稀酸(H_2SO_4)和甘油(glycerol);此外,在相同介质条件下135℃热处理效果比117℃热处理效果显著。对于不同处理条件的半纤维素的降解程度大小变化结果与此相同。通过红外光谱分析可知,热处理后纤维素环状C-O-C不对称伸缩振动峰出现峰值分解,半纤维素的红外吸收特征峰出现明显陡降变化,木质素苯环特征吸收峰明显减弱,证明纤维素产出量明显增加,半纤维素降解趋势明显,木质素去除效果良好。傅里叶红外变换光谱分析结果与标准测定结果一致。

关键词：化学热处理竹材化学成分傅里叶红外光谱

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竹材流化床气化试验研究

太阳能学报 2007年第7期28卷 814-818页

作者：肖刚池涌倪明江岑可法东南大学能源与环境学院洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室南京210096 浙江大学热能工程研究所能源清洁利用国家重点实验室杭州310027

利用自制的小型流化床气化炉,在400～700℃、过量空气系数0.2～0.8的范围内对竹材进行了气化试验研究。当气化温度为700℃、过量空气系数为0.2时,气化气热值最高,达到7200 kJ/Nm3左右;当气化温度为700℃、过量空气系数为0.4时,气化效率... 详细信息

利用自制的小型流化床气化炉,在400～700℃、过量空气系数0.2～0.8的范围内对竹材进行了气化试验研究。当气化温度为700℃、过量空气系数为0.2时,气化气热值最高,达到7200 kJ/Nm3左右;当气化温度为700℃、过量空气系数为0.4时,气化效率最高,达到60%左右;气化气产率与过量空气系数呈线性正相关,几乎与反应温度无关;当过量空气系数达到0.6以上、反应温度达到500℃以上时,碳转化率可达到85%以上。

关键词：竹材流化床气化

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竹材热解过程的动力学

化工学报 2006年第2期57卷 318-323页

作者：曾凯斌蒋斌波陈纪忠浙江大学化学工程与生物工程学系浙江杭州310027

在不同升温速率（5、10、20、30K·min^-1）下，对竹材进行TG、DTG分析．试样从313～650K的升温过程经历了水分析出、第一步热解和第二步热解过程．用Levenberg-Marquardt方法对非等温动力学过程进行数据拟合，结果表明，半纤维素在较... 详细信息

在不同升温速率（5、10、20、30K·min^-1）下，对竹材进行TG、DTG分析．试样从313～650K的升温过程经历了水分析出、第一步热解和第二步热解过程．用Levenberg-Marquardt方法对非等温动力学过程进行数据拟合，结果表明，半纤维素在较低温度下热解，仅生成挥发性组分，表现为第一步热解，可以用简单一级反应描述；纤维素和木质索在较高温度下热解，表现为第二步热解，是竞争的平行一级反应，产物分别是挥发性组分和竹炭．第一热解过程与热解升温速率有关，而第二热解过程与升温速率无关．

关键词：竹材热解动力学生物质可再生资源