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基于生物质可降解薄膜的制备与应用

化学学报 2024年第2期82卷 242-256页

作者：郭建荣张书玉贺军辉任世学中国科学院理化技术研究所北京100190 东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

石油基塑料制品加工性好、低成本等优点在各行各业中需求量大且应用广泛,为人类生活带来了极大便利,促进了人类社会发展.然而在使用之后常以焚烧与填埋等处理方式直接排放到自然环境中,塑料在环境中难以降解,这将对环境与生命健康造成... 详细信息

石油基塑料制品加工性好、低成本等优点在各行各业中需求量大且应用广泛,为人类生活带来了极大便利,促进了人类社会发展.然而在使用之后常以焚烧与填埋等处理方式直接排放到自然环境中,塑料在环境中难以降解,这将对环境与生命健康造成严重威胁,产生日益严重的“微塑料”问题.在当前“禁塑令”以及“碳达峰、碳中和”的背景下,开发生物质可降解材料取代石油基塑料已成为人们关注的焦点.生物质种类丰富,源于自然植物,产量高,可再生,完全生物可降解,生物相容性好,环境友好,是完美的石油基塑料替代品.然而,经调研发现,从生物质原材料出发制备与石油基塑料具有类似性能的生物可降解材料也面临很多技术挑战,例如复杂的加工过程、成型差、机械强度较低、透明度差等.因此本综述重点聚焦于基于不同类型生物质原料制备可降解薄膜材料研究进展,分别从淀粉、果胶与壳聚糖直接生物质原料,秸秆、果壳与木材间接生物质原料出发,从生物质原料来源、组成、结构与提取,以及薄膜制备方法,包括溶剂铸造法、吹塑法、挤压法、静电纺丝等,并对所获得生物基薄膜的性能与应用进行综述.最后,梳理了当前基于生物质所制备可降解薄膜存在的不足之处和面临的挑战,并对生物质可降解薄膜材料未来的研究进行了展望.

关键词：生物质生物降解薄膜包装材料

聚己内酯/MgO复合纳米纤维膜的制备及其性能

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纺织学报 2024年第4期45卷 59-66页

作者：贾琳董晓王西贤张海霞覃小红河南工程学院纺织工程学院河南郑州450007 东华大学纺织学院上海201620

为制备集多种功能于一体的纳米纤维膜,将MgO纳米颗粒加入至可降解聚己内酯(PCL)溶液中,通过静电纺丝技术制备PCL/MgO复合纳米纤维膜,研究了其微观形态、结晶结构、过滤性能和抗菌性能等。结果表明:PCL/MgO复合纳米纤维的直径比纯PCL略... 详细信息

为制备集多种功能于一体的纳米纤维膜,将MgO纳米颗粒加入至可降解聚己内酯(PCL)溶液中,通过静电纺丝技术制备PCL/MgO复合纳米纤维膜,研究了其微观形态、结晶结构、过滤性能和抗菌性能等。结果表明:PCL/MgO复合纳米纤维的直径比纯PCL略有增加,且纤维膜中MgO依然保持着结晶状态;与纯PCL纤维膜相比,PCL/MgO复合纳米纤维膜的透气率增加,水接触角增大,透湿率减小;PCL/MgO复合纳米纤维膜的过滤效率为97.57%~98.87%,紫外线防护系数均大于50,具有良好的过滤性能和优异的紫外线防护性能,其对大肠杆菌的抑菌率为73.78%~98.55%,对金黄色葡萄球菌的抑菌率为53.61%~97.56%;对大肠杆菌的抑菌率优于金黄色葡萄球菌是因为MgO纳米颗粒具有晶格缺陷,更易与带有负电荷的大肠杆菌形成较强的相互作用。

关键词： MgO纳米颗粒聚己内酯纳米纤维静电纺丝抗菌性能过滤性能

铁负载纤维素/单宁吸附剂的制备及其对氟硅诺酮类抗生素的吸附性能

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材料研究学报 2024年第2期38卷 92-104页

作者：翁鑫李琦琪杨桂芳吕源财刘以凡刘明华福州大学环境与安全工程学院福州350116 莆田学院环境与生物工程学院莆田351100

采用纤维素/杨梅单宁复合气凝胶(CBT)为载体,用浸渍和原位还原法制备铁负载纤维素/单宁吸附剂(Fe-CBT),使用扫描电镜、傅里叶红外光谱和X射线能谱等手段对其表征,研究了三种典型氟喹诺酮类(FQs)抗生素诺氟沙星(NOR)、盐酸洛美沙星(LOM)... 详细信息

采用纤维素/杨梅单宁复合气凝胶(CBT)为载体,用浸渍和原位还原法制备铁负载纤维素/单宁吸附剂(Fe-CBT),使用扫描电镜、傅里叶红外光谱和X射线能谱等手段对其表征,研究了三种典型氟喹诺酮类(FQs)抗生素诺氟沙星(NOR)、盐酸洛美沙星(LOM)和盐酸左氧氟沙星(LVX)的静态吸附性能。结果表明:共存阳离子Na^(+)、K^(+)、Mg^(2+)和Ca^(2+)都对吸附过程有明显的干扰。吸附过程是自发进行的放热反应,主要为单分子层吸附,而化学吸附是主要的限速步骤。准二级和Langmuir模型能很好地拟合这种吸附行为。这种吸附剂在298 K对NOR、LOM和LVX的最大理论吸附量分别达到99.07、74.17和40.14 mg/g。NaOH和NaCl对Fe-CBT都表现出较优的洗脱效果,用NaOH和NaCl溶液4次再生后Fe-CBT对NOR的吸附能力仍高于70%。Fe-CBT对FQs的去除,主要是静电引力、表面络合、氢键和π-π堆积间的协同作用造成的。

关键词：有机高分子材料铁负载纤维素复合气凝胶氟硅诺酮类抗生素单宁吸附

自然发酵对青金桔酚类物质及其抑制消化相关酶活性的影响

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食品工业科技 2024年第9期45卷 1-10页

作者：张红建刘帅光马泽威王青松田燕郑联合海南省粮油科学研究所海南琼海571400 海南大学食品科学与工程学院海南海口570100

为了解自然发酵对青金桔酚类物质变化及抑制消化相关酶活性的影响,本研究测定了发酵前后青金桔可溶性总酚、总黄酮及α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶及胰脂肪酶抑制率等变化情况,基于超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱傅里叶转换联用质谱仪... 详细信息

为了解自然发酵对青金桔酚类物质变化及抑制消化相关酶活性的影响,本研究测定了发酵前后青金桔可溶性总酚、总黄酮及α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶及胰脂肪酶抑制率等变化情况,基于超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱傅里叶转换联用质谱仪鉴定了发酵前后酚类物质的种类,筛选了发酵前后酚类差异代谢物及其富集通路。最后,基于相关系数分析了酚类差异代谢物对抑制以上消化相关酶活性的相关性。结果表明:自然发酵可使青金桔中可溶性总酚、总黄酮含量分别提升9.20%、23.68%,α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶及胰脂肪酶抑制率提升11.90%~28.50%;青金桔中共检测到酚类物质52种,发酵未改变酚类物质种类,但可使川陈皮素、咖啡酸、牡荆素等9种酚类物质显著增加,甲氧沙林显著降低(P<0.01),显著影响以上酚类差异代谢物变化的通路有苯丙烷类化合物的生物合成通路、黄酮和黄酮醇生物合成通路、类黄酮生物合成通路及多种次生代谢产物的生物合成Ⅰ通路;川陈皮素、芹菜素、咖啡酸、山奈酚这4种酚类差异代谢物与抑制以上三种消化相关酶活性呈显著正相关(P<0.05)。因此,自然发酵可促进青金桔中可溶性总酚、总黄酮释放,提升消化相关酶抑制活性,其可作为青金桔加工的一种有效手段。

关键词：非靶向代谢组学青金桔酚类差异代谢物 α-淀粉酶 α-葡萄糖苷酶胰脂肪酶

颗粒状污泥生物炭对锌铜共污染水体的吸附效应分析

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环境科学学报 2024年第3期44卷 95-104页

作者：徐昊史广宇田晓庆吴贝贝钱飞跃施维林苏州科技大学环境科学与工程学院苏州215009 中国科学院南京土壤研究所南京210008

以城市脱水污泥为原料,经不同温度热解制备颗粒状污泥生物炭(BC),并采用硝酸酸化处理得到改性污泥基生物炭(NBC),用于单一和复合重金属溶液体系中锌铜的吸附去除.结果表明:硝酸改性剂导致了生物炭pH和灰分的降低,而生物炭的比表面积和... 详细信息

以城市脱水污泥为原料,经不同温度热解制备颗粒状污泥生物炭(BC),并采用硝酸酸化处理得到改性污泥基生物炭(NBC),用于单一和复合重金属溶液体系中锌铜的吸附去除.结果表明:硝酸改性剂导致了生物炭pH和灰分的降低,而生物炭的比表面积和孔体积却有所提升,含氮官能团类型也更加丰富.热解温度为500℃的改性污泥基生物炭(NBC500)对重金属的吸附性能最佳;且在溶液初始pH=7时吸附效果最好,对初始浓度分别为200和150 mg·L^(-1)的锌铜去除率达75.51%和87.12%.单一金属体系中,NBC500对Zn^(2+)和Cu^(2+)的最优施加量分别为10和12.5 g·L^(-1);而在复合污染体系下,生物炭最佳投加量为25 g·L^(-1).NBC500对重金属的单位吸附量在两种体系中均呈现出Cu^(2+)>Zn^(2+)的规律,且不存在协同或拮抗作用.NBC500的吸附过程均更符合Elvoich动力学(R^(2)>0.96)和Langmuir吸附等温线模型(R2>0.98),这表明重金属在非均匀固体表面被吸附,且固定方式较为多元.此外,机理分析表明颗粒状污泥生物炭对2种重金属的吸附机制主要是官能团络合(胺基、硝基等)、孔隙填充和静电相互作用.实验所制备的NBC500吸附提升效果显著,兼具便于从水体分离的优势,有利于实现“以废治废”的环保目标.

关键词：颗粒状污泥重金属生物炭吸附共污染

基于复合纳米纤维膜的离子传感器制备及其性能

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纺织学报 2024年第4期45卷 15-23页

作者：梁文静吴俊贤何崟刘皓天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学智能可穿戴电子纺织品研究所天津300387

为开发具有高稳定性、高灵敏度的柔性离子传感器,采用静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯(PVDF)/离子液体(IL)复合纳米纤维膜,与电极材料组装成三明治结构的离子传感器。探讨了纺丝液质量分数及IL含量对纺丝工艺和纤维膜形貌的影响;其次利用能... 详细信息

为开发具有高稳定性、高灵敏度的柔性离子传感器,采用静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯(PVDF)/离子液体(IL)复合纳米纤维膜,与电极材料组装成三明治结构的离子传感器。探讨了纺丝液质量分数及IL含量对纺丝工艺和纤维膜形貌的影响;其次利用能量色散X射线光谱仪和红外光谱仪表征了复合纳米纤维膜所含元素分布与化学结构;进一步利用柔性传感器测试系统探究了不同IL含量、不同厚度的纳米纤维膜对于传感器性能的影响。结果表明:在PVDF质量分数为18%~19%,且与离子液体量比为2∶1或3∶1时,复合纳米纤维膜表面规整,串珠少,纤维直径分布均匀,带电离子数量增多且分布均匀;随着PVDF/IL纳米纤维膜的厚度增加,离子传感器的检测范围逐渐增大,灵敏度逐渐降低;在聚偏二氟乙烯质量分数为18%,且与离子液体的量比为2∶1时,离子传感器在0~40 kPa的检测范围内具有32.471 pF/kPa灵敏度的压力感测,在5000次加载-循环中保持突出的力学稳定性,并且可应用于分辨人体关节运动的检测。

关键词：聚偏二氟乙烯离子液体静电纺丝纳米纤维膜柔性离子传感器

ABS/CNTs复合材料的制备及其应用性能

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工程塑料应用 2024年第2期52卷 15-20页

作者：杨森赵耀辉徐淑权白焘仕双云孟祥颖西南技术工程研究所重庆400039 北京交通大学物理科学与工程学院北京100044

为了制备武器装备贮运防护用抗静电材料,采用熔融共混法制备了抗静电丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)/碳纳米管(CNTs)复合材料,研究了复合材料的微观形貌、电学性能、力学性能、热稳定性及其与装备涂层的相容性等。结果表明,较低含量的C... 详细信息

为了制备武器装备贮运防护用抗静电材料,采用熔融共混法制备了抗静电丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)/碳纳米管(CNTs)复合材料,研究了复合材料的微观形貌、电学性能、力学性能、热稳定性及其与装备涂层的相容性等。结果表明,较低含量的CNTs在ABS基体中分散较好,随着CNTs含量增加,CNTs相互接触形成导电网络,表面电阻率急剧下降,呈现典型的渗流现象,其中CNTs质量分数为4%的ABS/CNTs复合材料表面电阻率在10^(9)~10^(10)Ω范围内,具备抗静电功能;当CNTs含量进一步增加时,CNTs之间相互团聚,其表面电阻率仅略有降低。热氧老化后ABS/CNTs复合材料表面电阻率几乎不变,常用的乙醇和丙酮试剂擦拭对其表面电阻率几乎无影响,乙酸乙酯擦拭后其表面电阻率略有下降。CNTs在ABS基体中起到增强的作用,随着CNTs含量增加,ABS/CNTs复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量提高,但断裂伸长率和缺口冲击强度有所降低。CNTs提高了复合材料热稳定性,制备的抗静电ABS/CNTs复合材料与某装备涂层具备良好的相容性,满足装备贮运过程中的防护要求。

关键词：碳纳米管抗静电力学性能相容性

新型查尔酮衍生物抗乳腺癌活性的3D-QSAR模型构建及分子设计

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南京理工大学学报 2024年第2期48卷 248-252页

作者：陈艳冯惠冯长君堵锡华徐州工程学院材料与化学工程学院江苏徐州221018

为了获得较高抗乳腺癌活性的新型化合物,对18个新型查尔酮衍生物抗乳腺癌活性(pIC_(50))进行了三维定量构效关系(3D-QSAR)研究。其中14个化合物作为训练集用于构建3D-QSAR模型,其余化合物(含模板分子)作为测试集对所建模型进行验证。所... 详细信息

为了获得较高抗乳腺癌活性的新型化合物,对18个新型查尔酮衍生物抗乳腺癌活性(pIC_(50))进行了三维定量构效关系(3D-QSAR)研究。其中14个化合物作为训练集用于构建3D-QSAR模型,其余化合物(含模板分子)作为测试集对所建模型进行验证。所建3D-QSAR模型的交叉验证系数R^(2)_(CV)为0.569,非交叉验证系数R^(2)为0.974,说明所建模型具有良好的稳定性和预测能力。该模型中立体场、静电场对pIC_(50)的贡献分别为58.8%和41.2%,表明影响该类化合物抗肿瘤活性的主要因素是取代基的疏水性、空间位阻和电荷分布。通过对模型的分析,设计了5个具有较高pIC_(50)的新化合物,有待通过后续医学实验加以验证。

关键词：新型查尔酮衍生物抗乳腺癌活性三维定量构效关系分子设计

不同取代基对联苯二酰亚胺基空穴传输材料光电性能的影响

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材料导报 2024年第8期38卷 238-245页

作者：郑惠文金宏璋徐炎闫磊王行柱湘潭大学物理与光电工程学院湖南湘潭411105 南华大学电气工程学院湖南衡阳421001

本工作设计了四种以联苯二酰亚胺为核心的新型空穴传输材料(HTMs),并且分别研究了含H、OH、OMe和NH_(2)取代基对其性能的影响。基于密度泛函理论(DFT),讨论了所设计的分子的几何结构、前线分子轨道(FMOs)、HOMO-LUMO能级能隙、态密度(D... 详细信息

本工作设计了四种以联苯二酰亚胺为核心的新型空穴传输材料(HTMs),并且分别研究了含H、OH、OMe和NH_(2)取代基对其性能的影响。基于密度泛函理论(DFT),讨论了所设计的分子的几何结构、前线分子轨道(FMOs)、HOMO-LUMO能级能隙、态密度(DOS)、绝对硬度、静电势(ESP)以及空穴传输速率。基于含时密度泛函理论(TD-DFT),讨论了空穴传输材料分子的吸收光谱、电荷密度差图(CDD)、热图、D指数、H指数、S_(r)指数、激子结合能(E_(coul))以及片段间的电子转移量。模拟计算结果表明:设计的HTMs的能级都与钙钛矿层(MAPbI_(3))的能级匹配,并且都具有较高的稳定性和空穴传输速率。根据溶解自由能的研究结表明:设计的分子均可溶于二氯甲烷溶剂中。所有的分子在200~400 nm之间有较为明显的吸收峰,不会与钙钛矿层在可见光区域发生光吸收竞争,并且光激发过程电子是从给体转移到受体;所设计的HTMs具有良好的电学性质、光学性质、空穴传输速率和稳定性,该研究为高效性能的空穴传输材料的设计提供了新的思路。

关键词：密度泛函理论空穴传输材料钙钛矿太阳能电池联苯二酰亚胺