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竹浆纸一体化关键技术的突破与展望

中国造纸 2024年第7期43卷 1-6页

作者：吴珽胡会超陈礼辉房桂干中国林业科学研究院林产化学工业研究所江苏省生物质能源与材料重点实验室江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心国家林业和草原局林产化学工程重点实验室江苏南京210042 福建农林大学材料工程学院福建福州350108

本文系统分析了我国竹浆纸一体化进程中竹种质资源筛选与高效培育,多元化浆纸产品生产及过程废弃物高值化利用等方面的关键技术问题,总结了各级政府、科技部门“十四五”期间对技术突破的投入与支持,展望了关键技术落地的预期成效,以期... 详细信息

本文系统分析了我国竹浆纸一体化进程中竹种质资源筛选与高效培育,多元化浆纸产品生产及过程废弃物高值化利用等方面的关键技术问题,总结了各级政府、科技部门“十四五”期间对技术突破的投入与支持,展望了关键技术落地的预期成效,以期为竹浆纸一体化的高效实施提供重要参考。

关键词：竹浆纸一体化种质资源筛选浆纸产品资源化利用

液氨和过氧化氢预处理对稻草酶解效果的影响机制

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农业工程学报 2019年第10期35卷 221-226页

作者：赵相君李琮彭何欢赵超马中青浙江农林大学工程学院浙江省竹资源与高效利用协同创新中心

稻草是一种重要的木质纤维素资源,可以作为纤维素乙醇转化的原料。该试验通过高温过氧化氢(高温HP)、低温过氧化氢(低温HP)和液氨预处理(liquid ammonia treatment,LAT)3种预处理方式来克服生物质原料的酶解顽抗性,促进稻草酶解转化为... 详细信息

稻草是一种重要的木质纤维素资源,可以作为纤维素乙醇转化的原料。该试验通过高温过氧化氢(高温HP)、低温过氧化氢(低温HP)和液氨预处理(liquid ammonia treatment,LAT)3种预处理方式来克服生物质原料的酶解顽抗性,促进稻草酶解转化为可发酵单糖。对预处理后的稻草进行酶解试验,利用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)定量测定了酶解液中的单糖含量,通过酶解转化率和单糖产量对预处理效果进行了分析比较。试验结果表明高温HP、低温HP和LAT 3种预处理方式均有效提升酶解率,其中LAT预处理的酶解促进作用效果最佳,高温HP预处理次之。稻草在120℃、预处理时间为60 min、30%H2O2水溶液与原料质量比为0.75∶1的高温HP预处理下,在纤维素酶添加量为15U/g时葡聚糖和木聚糖的酶解率分别为61.55%和47.82%,每千克干基稻草原料经144h酶解可生产单糖334.5 g。稻草在90℃、含水率60%、驻留时间为5 min、液氨与原料比例为1∶1的LAT预处理下,在纤维素酶添加量为15 U/g时,葡聚糖和木聚糖的72 h酶解率分别为88.62%和79.29%,每千克干基稻草原料经144 h酶解可生产单糖554.1 g,是未处理原料的2.9倍,总糖回收率达到90%。综上所述,LAT预处理稻草的酶解率显著高于其他单一预处理方法,该研究结果可为稻草制取燃料乙醇提供基础数据。

关键词：酶乙醇秸秆液氨预处理酶解过氧化氢纤维素乙醇

温度对纤维素半纤维素和木质素热解炭理化性能的影响

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农业工程学报 2018年第B11期34卷 149-156页

作者：彭何欢徐佳佳吴有龙张文标马中青浙江农林大学工程学院浙江省竹资源与高效利用协同创新中心临安311300

生物质炭是由生物质在缺氧或无氧的情况下,经高温慢速热解产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质,在能源、农业、环境和材料领域有广阔的应用前景。该文以纤维素、半纤维素和木质素为原料,采用程序控温管式炉,在... 详细信息

生物质炭是由生物质在缺氧或无氧的情况下,经高温慢速热解产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质,在能源、农业、环境和材料领域有广阔的应用前景。该文以纤维素、半纤维素和木质素为原料,采用程序控温管式炉,在不同的热解温度条件下(250、350、450、550、650、750和850℃)制备生物质三组分炭材料,并利用元素分析仪、量热仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、核磁共振波谱仪(13C NMR)、热重分析仪(TG)和扫描电镜(SEM)等仪器对其物理化学性能进行表征,研究热解温度对生物质三组分炭材料理化性能的影响。结果表明:随着热解温度增加,生物质三组分炭的质量产率和能量产率都呈下降的趋势,纤维素炭、半纤维素炭和木质素炭的质量产率分别从94.23%、63.06%和87.14%减少至17.01%、20.67%和41.40%,能量产率分别从94.23%、55.7%和77.82%减少至58.69%、12.91%和31.09%。随着热解温度增加,生物质三组分炭中C元素的含量逐渐增加,而H元素、O元素、H/C、O/C的含量逐渐减少,尤其在250～450℃范围内下降最为显著。随着热解温度增加,FTIR分析表明-OH、-CH3、-CH2、C=O、C=C、苯环骨架、C-O、C-H等官能团含量显著下降,并且在高温热解时红外曲线几乎变为直线。随着热解温度增加,XRD分析表明生物质三组分炭中的三斜晶系(Iα)和单斜晶系(Iβ)衍射峰的强度逐渐降低,而石墨化微晶碳的002衍射峰和101衍射峰的强度逐渐增加;13CNMR分析表明生物质三组分炭中的烷基碳、含氧烷基碳和羧基碳含量逐渐减少,而芳基碳的含量则显著增加,证明高温有利于类石墨化结构形成。随着热解温度的增加,纤维素炭和半纤维素炭的热失重率逐渐下降,而木质素炭的热失质量率逐渐增加,三组分炭的热失质量峰值往高温一侧移动。随着热解温度的增加,生物质三组分炭的颜色逐渐加深,其中纤维素炭发生皱缩现象,其直径不断减小,半纤维素炭发生熔融和发泡现象,变为薄片状的炭材料,木质素炭的孔结构变得更加发达,并且出现球状的金属结晶体。该文研究结果可为生物质炭的制备和应用提供基础数据。

关键词：热解木质素纤维素生物质炭半纤维素

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花叶矢竹复绿期光合特性及叶绿体结构

林业科学 2018年第4期54卷 1-10页

作者：成敏敏陈柯伊朱雪玉王凯利周明兵杨海芸省部共建亚热带森林培育国家重点实验室浙江省竹资源与高效利用协同创新中心浙江农林大学临安311300

【目的】通过无损伤测量叶绿素相对含量(SPAD值)筛选不同复绿程度的叶片,揭示花叶矢竹白叶复绿过程的叶绿体超微结构、光合色素含量及光合特性之间的关系,为探讨白化突变材料的复绿机制及观赏竹繁育提供理论依据。【方法】以花叶矢竹花... 详细信息

【目的】通过无损伤测量叶绿素相对含量(SPAD值)筛选不同复绿程度的叶片,揭示花叶矢竹白叶复绿过程的叶绿体超微结构、光合色素含量及光合特性之间的关系,为探讨白化突变材料的复绿机制及观赏竹繁育提供理论依据。【方法】以花叶矢竹花叶株白色不同复绿程度的叶片为研究材料,绿叶株相同位置的绿叶为对照组CK(100%),按照复绿程度为0、10%、30%、50%、70%和90%划分6个阶段,测定其光合色素含量、气体交换参数、光响应曲线、叶绿素荧光参数,观察叶绿体超微结构。【结果】花叶矢竹白叶色素含量极低,叶片复绿过程中,光合色素含量逐渐升高,而完全复绿叶的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量分别为正常绿叶的87.02%、98.20%、89.37%、85.02%,叶绿素b恢复至绿叶水平,但叶绿素a、总叶绿素及胡萝卜素含量均未达到绿叶水平;白叶无光合特性,复绿叶的净光合速率显著升高,气孔导度在复绿一定时期后趋于稳定,胞间CO2浓度显著降低,表明复绿叶片光合速率变化受非气孔因素影响;复绿叶片光饱和点升高,光补偿点降低,复绿叶暗呼吸速率与绿叶无显著差异,完全复绿叶表观量子效率仅为绿叶的78.66%;荧光参数Fo、NPQ呈先上升后下降,Fv/Fm、Y(Ⅱ)和ETR均显著升高,说明光合色素含量升高时PSⅡ反应中心捕光能力和光化学转化效率逐渐恢复,用于热耗散的能量逐渐减少;qP在复绿初期变化缓慢,到复绿后期变化不大,表明叶绿素a/b反应中心开放比例受复绿过程影响不大;叶绿体超微结构变化显著,白叶叶绿体无成熟类囊体片层结构,绿叶叶绿体类囊体垛叠清晰均匀,复绿叶叶绿体内膜结构逐渐恢复正常。【结论】光合色素累积及类囊体片层有序排列、垛叠是导致花叶矢竹复绿叶片光合功能逐渐恢复的2个重要的非气孔因素。

关键词：光合色素气体交换参数光响应曲线叶绿素荧光叶绿体超微结构白化转绿花叶矢竹

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纳米纤维素基吸附材料

化学进展 2017年第10期29卷 1228-1251页

作者：茹静耿璧垚童聪聪王海英吴胜春刘宏治浙江农林大学工程学院杭州311300 浙江省竹资源与高效利用协同创新中心杭州311300 浙江农林大学环境与资源学院杭州311300

纳米纤维素是一大类微纤单元直径在纳米级(2~100 nm)的新型纤维素材料,因其长径比高、比表面积大、力学性能优异及表面易于化学修饰,成为现今生物质吸附材料领域的研究热点。本文总结了近年来纳米纤维素基吸附材料方面的研究成果,介绍... 详细信息

纳米纤维素是一大类微纤单元直径在纳米级(2~100 nm)的新型纤维素材料,因其长径比高、比表面积大、力学性能优异及表面易于化学修饰,成为现今生物质吸附材料领域的研究热点。本文总结了近年来纳米纤维素基吸附材料方面的研究成果,介绍了以纳晶纤维素(NCC)、纳纤化纤维素(NFC)以及细菌纤维素(BC)为基材的吸附材料,及其在移除染料、重金属、CO_2气体和其他污染物(如抗生素、芳香族有机物、放射性元素、易挥发的有毒有机物)的研究进展。最后,本文对纳米纤维素基吸附材料存在的问题进行探讨,并对其未来发展前景进行了展望。

关键词：纳米纤维素纳米复合材料吸附材料水体污染物 CO2吸附

广东典型城乡结合带农田土壤重金属污染特征及来源解析

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环境科学学报 2024年

作者：徐皓帆王诗李舜陈浩龙黄陸塍傅伟军谢邵文刘淑娟周衍波吴志峰佛山大学环境与化学工程学院浙江农林大学环境与资源学院广州大学地理科学与遥感学院

城乡结合带是较为特殊的农业生产区域，易于受到城市区域工业生产的污染.以佛山市高明核心城区农田土壤为研究对象，基于GIS空间分析和正定矩阵因子分解法（PMF），结合多种方法系统探究了表土中9种重金属的污染特征、潜在来源和贡献热... 详细信息

城乡结合带是较为特殊的农业生产区域，易于受到城市区域工业生产的污染.以佛山市高明核心城区农田土壤为研究对象，基于GIS空间分析和正定矩阵因子分解法（PMF），结合多种方法系统探究了表土中9种重金属的污染特征、潜在来源和贡献热点.结果表明：研究区农田土壤中As、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量的平均值分别为42.25、0.36、15.07、59.43、38.33、0.28、24.34、294.3和101.34 mg·kg-1，除Co外，其余元素平均含量均高于广东省土壤背景值.地累积指数（Igeo）显示Hg和As有轻微富集趋势，土壤综合生态风险（RI）以中度为主，而Hg为研究区内主要风险元素，其余重金属均呈轻微风险.土壤重金属含量整体呈现东高西低的空间格局，Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的分布相似，高值区由东北向东南和西部扩散，Co的高值区呈点源集中在东北部，而As的高值区主要分布在西北部和东南部.PMF源解析模型表明研究区存在4种污染因子，其中，Cd和Cu主要来自工业排放污染（26.51%）,Co和Ni受到自然母质影响（17.87%）,Hg、Pb和Zn来源于交通和燃煤排放（30.80%）,As和Cr的主要来源为农业物质投入（24.82%）.研究结果可为城乡结合带农田土壤重金属污染防治提供理论支撑.

关键词：土壤重金属城乡结合带生态风险空间分布来源解析

温度对竹材烘焙过程中气固液三相产物组成及特性的影响

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农业工程学报 2018年第18期34卷 242-251页

作者：张雨王浚浩马中青周涵芝杨优优张文标浙江农林大学工程学院浙江省竹资源与高效利用协同创新中心临安311300 浙江农林大学农业与食品科学学院临安311300

烘焙预处理可有效降低生物质原料的含水率和O/C比、提高能量密度、可磨性和疏水性,进而减少热解油中水分和含氧化合物的含量,改善生物油的稳定性和品质。该文采用程序控温管式炉、热重-红外联用仪(TGA-FTIR)和快速热解-气质联用仪(PY-GC... 详细信息

烘焙预处理可有效降低生物质原料的含水率和O/C比、提高能量密度、可磨性和疏水性,进而减少热解油中水分和含氧化合物的含量,改善生物油的稳定性和品质。该文采用程序控温管式炉、热重-红外联用仪(TGA-FTIR)和快速热解-气质联用仪(PY-GC/MS)等开展生物质烘焙试验研究,研究烘焙温度(210、240、270和300℃)对毛竹烘焙过程中气、固、液三相产物的特性影响。试验结果表明:(1)烘焙固体产物:随烘焙温度升高,固体产物中固定碳和C元素含量显著增加,使得原料的热值从18.85 MJ/kg增加至23.12 MJ/kg,能量密度增加;O元素含量显著减少,使得O/C比值从0.74降低至0.42。(2)烘焙气体产物:烘焙气体成分主要为H_2O、CO_2、CO和CH_4组成,其中CO_2含量最高,其次为H_2O、CH_4和CO,所有气体产物含量随烘焙温度的升高而逐渐增加。(3)烘焙液体产物:烘焙液体产物主要由酸类、酮类、呋喃类、酚类以及醛类等有机物构成,其中酸类、酚类和呋喃类相对含量较高,最高可达20.34%、22.05%和31.42%,酮类、醛类含量相对较少,分别占10.43%与8.26%,随烘焙温度升高,酸类含量先增加后减少,呋喃类、酚类、酮类含量逐渐增加,醛类含量变化规律不显著。(4)基于对烘焙气、固、液体产物分析可知,竹材中的氧元素主要以H_2O、CO_2、CO和有机酸等形式脱除,烘焙预处理能有效提高竹材能量密度,去除水分与含氧化合物,提高烘焙固体产物的利用价值。研究结果可为竹材能源化利用提供参考。

关键词：烘焙温度竹材生物油热重红外联用热解气质联用

PFI磨浆对干湿竹浆制备阳离子纳纤化纤维素物化特性的影响

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林业工程学报 2020年第2期5卷 82-89页

作者：童聪聪陈宁茹静单鹏嘉刘宏治杜春贵浙江农林大学工程学院浙江省竹资源与高效利用协同创新中心

研究了PFI磨浆预处理对干、湿竹浆所制备的阳离子纳纤化纤维素(Q-NFC)物化特性和微观结构的影响规律。选用PFI磨浆处理前后的干、湿竹浆为纤维素原料,依次经过2,3-环氧丙基三甲基氯化铵化学预处理和高压均质机械拆解分离,制备了一系列Q-... 详细信息

研究了PFI磨浆预处理对干、湿竹浆所制备的阳离子纳纤化纤维素(Q-NFC)物化特性和微观结构的影响规律。选用PFI磨浆处理前后的干、湿竹浆为纤维素原料,依次经过2,3-环氧丙基三甲基氯化铵化学预处理和高压均质机械拆解分离,制备了一系列Q-NFC水分散液;采用电导滴定、紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)、旋转流变仪、透射电子显微镜(TEM)及X射线衍射仪(XRD)等手段对系列Q-NFC水分散液进行分析表征。试验结果表明,由湿竹浆所制备的Q-NFC较干竹浆所制备的Q-NFC具有更高的固体收率、表面电荷量、Zeta电位、纳纤化程度及更细的平均微纤直径;经PFI磨浆预处理后,干、湿竹浆纤维表面均发生大量分丝帚化现象,导致纤维在季铵盐化预处理过程中的反应可及性和反应活性增加,从而进一步提高了干、湿竹浆所制得Q-NFC固体收率、表面电荷量、纳纤化程度及透光度等物化特性,但减少了它们的微纤尺寸和聚合度。由此可以说明,PFI磨浆预处理能消除角质化给干竹浆在季铵盐化预处理中带来的不利影响,但是对Q-NFC的结晶指数无明显影响。

关键词：纳纤化纤维素竹浆状态 PFI预处理物化特性微观结构

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新兴林粮——黄精产业发展战略研究

中国工程科学 2024年第2期26卷 113-120页

作者：斯金平裘雨虹孙云娟刘京晶陈东红石艳蒋剑春浙江农林大学黄精产业国家创新联盟杭州311300 中国林业科学研究院林产化学工业研究所南京210042

当前,全球粮食安全形势复杂严峻,与饮食相关的慢性疾病普遍存在,“以健康为中心”“营养多元”“食物即药物”等观点成为普遍共识;利用农业生物多样性来探寻高产且有营养的新一代作物成为国际潮流,黄精具有明显的特色和优势。本文从充... 详细信息

当前,全球粮食安全形势复杂严峻,与饮食相关的慢性疾病普遍存在,“以健康为中心”“营养多元”“食物即药物”等观点成为普遍共识;利用农业生物多样性来探寻高产且有营养的新一代作物成为国际潮流,黄精具有明显的特色和优势。本文从充分发挥黄精潜能的角度出发,系统总结了黄精食药用历史、黄精林粮营养与功效的物质基础、黄精资源分布与粮食生产潜力。现有研究发现,黄精不含淀粉,富含结构复杂、易降解、有能量的果聚糖等营养功效物质,能够服务生命健康;适合林下栽培或与玉米套种,不占良田、不争林地,产能潜力极大,可用于保障粮食安全;适合广大农户种植和加工,经济效益良好,有利于实现共同富裕。为解决黄精林粮产业存在的基础科学研究薄弱、应用技术支撑不足、文化传承与政策支持滞后等问题,需加强黄精基础科学研究、强化黄精全产业链应用技术研究,同时将黄精生产列入木本粮油政策资金保障体系,将黄精应用纳入医疗保健与人口健康规划,将黄精产业列为乡村振兴和共同富裕的重要举措,构建完备的黄精全产业链创新应用体系。

关键词：黄精森林粮食营养成分功效成分生物经济