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基于TG-FTIR的杨木热解过程中脲醛树脂影响机理的模型物研究

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光谱学与光谱分析 2014年第6期34卷 1497-1501页

作者：李思锦母军张宇木质材料科学与应用教育部重点实验室、北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

热解是废弃人造板高效回收利用的方式，人造板中所含胶黏剂是其不同于生物质的主要特征。为了有效环保地利用热解技术处理废弃人造板，解明人造板热解过程中其所含脲醛树脂胶黏剂（UF）对木材热解特性的影响，深入探索UF对人造板中木材... 详细信息

热解是废弃人造板高效回收利用的方式，人造板中所含胶黏剂是其不同于生物质的主要特征。为了有效环保地利用热解技术处理废弃人造板，解明人造板热解过程中其所含脲醛树脂胶黏剂（UF）对木材热解特性的影响，深入探索UF对人造板中木材各组分的作用机制，以杨木及木材的三种主要组分（纤维素、半纤维素、木素）为研究对象，创新性地依据杨木的化学组成，以纤维素、木聚糖和木素配制成模型物，并加入UF模拟人造板的构成。利用热重红外光谱联用（TG-FTIR）分析法，对比分析了加入UF前后模型物以及杨木各主要组分的热失重特性及气相演变规律。热重及红外结果表明，UF促进了纤维素热解过程中水和羧酸类物质的生成。UF与木素结合生成热不稳定的含氮结构，释放大量氨气，并且在200～300℃区间内参与了木素的热解并直接影响木素热解产物的生成。由此推测，在人造板热解过程中，木材三种主要组分中与UF作用的主要成分是木素。

关键词：热解杨木脲醛树脂模型物热重红外光谱法

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透光性木材功能化改性研究进展

材料导报 2021年第5期35卷 5188-5194页

作者：夏容绮刘毅郭洪武北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

透光性木材是将折射率与纤维素匹配的透明高分子材料浸渍于脱木质素或保留木质素的改性木材中,制备而成的一种具有透明光学性能、优异力学性能、可生物降解的新型生物质材料。透光性木材不仅解决了木材不具有透光性的问题,还缓解了目前... 详细信息

透光性木材是将折射率与纤维素匹配的透明高分子材料浸渍于脱木质素或保留木质素的改性木材中,制备而成的一种具有透明光学性能、优异力学性能、可生物降解的新型生物质材料。透光性木材不仅解决了木材不具有透光性的问题,还缓解了目前能源危机和环境污染问题。近年来,透光性木材受到国内外的广泛关注,研究者们致力于对透光性木材的功能化改性,从而改善透光性木材的透光率、雾度、强度、磁性、发光、隔热等性能,并取得了显著的成果。本文深度总结了透光性木材功能化改性的研究进展,阐述了透光性木材的光学原理和制备方法,归纳了透光性木材功能化改性的方法,介绍了透光性木材在建筑材料、磁性材料、光电材料中的应用情况,并对其发展趋势进行了展望,提出了透光性木材功能化改性亟待解决的难题。

关键词：透光性木材透光率雾度脱木质素功能化改性

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木质基电化学储能器件的研究进展

材料导报 2020年第23期34卷 23001-23008页

作者：张伟业刘毅郭洪武北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

随着全球能源需求的持续增长,高效的能源存储方式变得尤为关键。电化学储能器件(如超级电容器、锂离子电池等)是一种典型的高效储能系统,其中超级电容器具有功率密度高、循环寿命长等优点;锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、自放... 详细信息

随着全球能源需求的持续增长,高效的能源存储方式变得尤为关键。电化学储能器件(如超级电容器、锂离子电池等)是一种典型的高效储能系统,其中超级电容器具有功率密度高、循环寿命长等优点;锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、自放电率低等优点。但现有电化学储能器件不可生物降解,对环境有一定的危害。生物质如木材作为光合作用的产物,具有低成本、可再生、绿色环保等优点,采用生物质制备衍生的电化学储能器件越来越受到人们的重视。电化学储能器件主要由电极材料、电解质及集流体等部件构成,器件的设计组装方式和结构形式是影响其电化学性质的一大关键因素。目前,关于电化学储能器件的制备,例如超级电容器是将碳材料等磨成粉末并加入粘合剂进行和浆制片,粘合剂的加入容易阻塞活性炭孔洞,从而降低其电化学性能,而且活性炭只能作为多孔储能物质,本身无法作为自支撑材料用于制备电极。常规锂电池的制备是将电化学活性材料与导电添加剂和黏结剂溶解在有机溶剂中形成浆料,并将其涂覆在集电器上以形成电极,但在制备过程中会导致电极的破裂以及电化学活性材料从集电器上分离。木材是一种可再生的生物质资源,具有多层级结构,木材经高温炭化处理或者负载电化学活性材料后可作为3D导电基板,独特的开放直通道有利于促进离子传输并提供高表面积,以实现活性材料的有效负载。此外,采用水热法或电化学沉积的方法在炭化木材上负载金属氧化物/氢氧化物、具有高理论电容的导电聚合物,从而制备复合电极材料,并将其用于超级电容器自支撑电极,可使其显示出优异的电化学性能;以木材为基板并负载磷酸铁锂等活性材料制备电极,有效地解决了传统电化学活性材料与基板开裂脱离的问题。本文归纳了木质基电化学储能器件的研究进展,详细分析了木材在超级电容器、锂离子电池、锂空电池、锂硫电池的应用,着重介绍了木材的孔结构对电化学储能设备的影响,探讨了木质基电化学储能器件面临的问题及今后的发展前景,为制备高性能、环境友好型的木质基电化学储能设备提供参考。

关键词：天然木材多层级结构电化学储能器件超级电容器锂离子电池

室温下MnOx/HZSM-5催化氧化甲醛的性能和机理分析

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材料工程 2021年第1期49卷 144-152页

作者：何小云葛笑宋留名杨婷婷李圆科苟进胜北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

以HZSM-5分子筛、高锰酸钾和甲醇为原料制备MnOx/HZSM-5催化剂,室温催化氧化甲醛。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)等表征方法分析催化剂的形貌结构、化学成分,研究MnOx/HZS... 详细信息

以HZSM-5分子筛、高锰酸钾和甲醇为原料制备MnOx/HZSM-5催化剂,室温催化氧化甲醛。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)等表征方法分析催化剂的形貌结构、化学成分,研究MnOx/HZSM-5的催化性能和再生性能,探讨其对甲醛的催化氧化机理。结果表明,MnOx/HZSM-5具有良好的催化活性和再生能力,动态测试1020min后MnOx/HZSM-5对甲醛的清除率仍然保持在90%,再生5次后,MnOx/HZSM-5对甲醛清除率仍然保持在91%,静态测试中甲醛清除率达到97%,甲醛转化率达到92%。对MnOx/HZSM-5氧化甲醛的机理分析后发现,甲醛首先被催化剂吸附至MnOx活性位点,之后被初步氧化为甲酸盐或碳酸盐等中间产物,最后被深度氧化为二氧化碳和水。

关键词：分子筛氧化锰催化氧化甲醛室温

酸刻蚀对玄武岩纤维表面偶联剂吸附量及纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

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复合材料学报 2014年第4期31卷 888-894页

作者：李静申士杰李伟娜袁卉北京林业大学材料科学与技术学院、木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

纤维与树脂的复合需要有一个良好的界面相,以便能将载荷从基体有效地传递给增强纤维,纤维表面改性处理是达到这一要求的主要方法。采用盐酸刻蚀法对玄武岩纤维(BF)表面进行处理,讨论了酸刻蚀对纤维单丝拉伸性能、表面硅烷偶联剂吸附量... 详细信息

纤维与树脂的复合需要有一个良好的界面相,以便能将载荷从基体有效地传递给增强纤维,纤维表面改性处理是达到这一要求的主要方法。采用盐酸刻蚀法对玄武岩纤维(BF)表面进行处理,讨论了酸刻蚀对纤维单丝拉伸性能、表面硅烷偶联剂吸附量的影响以及盐酸浓度对BF/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:纤维的单丝拉伸强度随着盐酸浓度的升高呈加速下降趋势;1mol/L盐酸处理后的纤维表面对硅烷偶联剂KH550的吸附量最大;1mol/L盐酸刻蚀后再经硅烷偶联剂KH550处理的纤维制成的BF-KH550/环氧树脂复合材料的弯曲性能、拉伸性能和层间剪切强度最优。

关键词：玄武岩纤维酸刻蚀硅烷偶联剂复合材料力学性能

微米级蜂窝状软木多孔炭的制备及吸附四环素的性能

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煤炭学报 2024年第10期49卷 4263-4275页

作者：张己召王启航李承禹何丹味母军北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

以工业废弃软木颗粒为原料,KHC_(2)O_(4)为活化剂,采用一步法慢速热解、活化得到具有蜂窝状结构的分级多孔活性炭KHBC,并将其应用于吸附水体中的盐酸四环素(TC)。通过拟合孔隙结构参数与四环素吸附量分析活性炭孔隙与吸附性能的关系,通... 详细信息

以工业废弃软木颗粒为原料,KHC_(2)O_(4)为活化剂,采用一步法慢速热解、活化得到具有蜂窝状结构的分级多孔活性炭KHBC,并将其应用于吸附水体中的盐酸四环素(TC)。通过拟合孔隙结构参数与四环素吸附量分析活性炭孔隙与吸附性能的关系,通过静态吸附实验探究初始pH、温度、初始质量浓度、离子强度等因素对吸附性能的影响,利用SEM、FT-IR等技术对KHBC吸附前后的物理化学结构进行表征,建立活化工艺-软木活性炭孔隙结构-吸附性能间的相关关系。结果表明,活化温度和KHC_(2)O_(4)添加比例的提高对比表面积和总孔体积有积极影响,并促进2~5 nm介孔的形成。比表面积和总孔体积与吸附TC容量间呈较强的线性关系,R^(2)分别为0.9852、0.958,2~5 nm介孔容积与TC吸附容量的R2为0.8388。当活化温度为900℃、活化剂添加比例为5∶1时,得到的KHBC5-900比表面积高达2447 m^(2)/g,2~5 nm的介孔明显增多,对水体中TC的吸附效果最好,其呈现微孔-介孔的孔径结构,在45℃时吸附量高达1113.45 mg/g,25℃时吸附量高达961.54 mg/g,5 min即可达吸附总量的85%,1 h可达吸附平衡,是未活化BC-900吸附量(21.25 mg/g)的46倍。且吸附能力几乎不受环境pH和离子强度的影响。KHBC5-900对TC的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,吸附过程是自发和吸热的,吸附机理表明,孔隙填充是主要的吸附机制,同时存在π-π相互作用和氢键相互作用。

关键词：软木 KHC_(2)O_(4) 活性炭四环素吸附性能

利用静电吸附构建生物基核壳阻燃剂用于阻燃改性牛皮纸

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材料导报 2023年第5期37卷 251-257页

作者：耿亚茹杨国超徐冰冰张求慧北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

为了改善聚磷酸铵(APP)使基材表面变色和力学性能降低的缺点,同时符合阻燃剂的绿色发展趋势,制备了一种核壳结构的生物基阻燃剂(APP@EP)。采用植酸钠(PA-Na)和蛋清蛋白(EWP)作为壳体材料,在水溶液中通过静电吸附作用将其逐层沉积在APP... 详细信息

为了改善聚磷酸铵(APP)使基材表面变色和力学性能降低的缺点,同时符合阻燃剂的绿色发展趋势,制备了一种核壳结构的生物基阻燃剂(APP@EP)。采用植酸钠(PA-Na)和蛋清蛋白(EWP)作为壳体材料,在水溶液中通过静电吸附作用将其逐层沉积在APP表面。通过涂布工艺将APP@EP应用于牛皮纸,并对阻燃牛皮纸的阻燃性能和力学性能进行了研究。热重(TG)分析表明,APP@EP在高温下的热稳定性显著增强,700℃时残炭量达到56.7%。APP@EP阻燃改性牛皮纸的极限氧指数值(LOI)从19.8%提高到45.2%,炭化长度从210 mm降低到41 mm。与APP阻燃改性牛皮纸相比,APP@EP阻燃改性牛皮纸的热释放速率峰值(PHRR)和总热释放量(THR)分别降低了35.91%和44.98%,抗张指数提高了24.92%。对残炭的进一步研究表明,APP@EP阻燃改性牛皮纸经过燃烧后,形成了完整致密的含有P-O-P和P-O-C结构的炭层,并且其石墨化程度较高。

关键词：生物基阻燃剂核-壳结构聚磷酸铵(APP) 牛皮纸

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氮磷阻燃联合热处理杨木表面性能及热稳定性

建筑材料学报 2017年第6期20卷 931-936页

作者：储德淼母军赖宗元张新宇北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

为降低高温热处理所需温度和缩短保温时间,赋予处理材料阻燃安全性,采用氮磷阻燃剂(FR-NP)作为催化介质,对杨木进行阻燃浸渍处理,再经过120~160℃蒸汽热处理得到阻燃联合低温热处理(NP-Ht)杨木.结果表明:NP-Ht杨木表面颜色装饰性增强,... 详细信息

为降低高温热处理所需温度和缩短保温时间,赋予处理材料阻燃安全性,采用氮磷阻燃剂(FR-NP)作为催化介质,对杨木进行阻燃浸渍处理,再经过120~160℃蒸汽热处理得到阻燃联合低温热处理(NP-Ht)杨木.结果表明:NP-Ht杨木表面颜色装饰性增强,极限氧指数(LOI)>39.00%,烟密度等级(SDR)<40;阻燃联合150℃低温热处理(NP-Ht-150)与220℃高温热处理(Ht-220)杨木的颜色相近,表面硬度和胶合强度分别提高34.15%,53.50%,保温时间缩短75%.FR-NP能促进杨木低温热降解,但纤维素降解程度相比Ht-220杨木明显降低,低温热处理改善了FR-NP在杨木细胞壁上的分布,其微观结构破坏程度明显降低.

关键词：低温热处理阻燃表面脆性胶合强度杨木

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环保快干型木蜡油的制备及其涂饰性能

林业科学 2023年第7期59卷 137-144页

作者：皇权飞黄艳辉刘颖林欣雨北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

【目的】制备一种绿色环保、快干型木蜡油,并对其漆膜性能进行表征,为木蜡油的发展与工业化应用提供理论依据和技术支持。【方法】以天然、可再生的植物油和蜡为主要成膜原料,以抗坏血酸棕榈酸酯(L-AsA_(6)P)和异辛酸铁(Fe-eh)作为协同... 详细信息

【目的】制备一种绿色环保、快干型木蜡油,并对其漆膜性能进行表征,为木蜡油的发展与工业化应用提供理论依据和技术支持。【方法】以天然、可再生的植物油和蜡为主要成膜原料,以抗坏血酸棕榈酸酯(L-AsA_(6)P)和异辛酸铁(Fe-eh)作为协同催干剂,制备出一种环保快干型木蜡油;以商业木蜡油为对照组,对沙比利基材进行涂饰,测试木蜡油的干燥时间、硬度、附着力、耐水性、色度、粗糙度和接触角等;使用扫描电镜对基材涂饰前后的表面形貌进行表征,重点观察基材细胞腔及木蜡油对其的填充情况;应用傅里叶变换红外光谱仪扫描得到木蜡油及基材涂饰前后的FTIR光谱,分析各试样特征峰的峰位、峰高、峰宽等变化。【结果】L-AsA_(6)P与Fe-eh配比对木蜡油的干燥时间、光泽度和接触角均有较大影响。当L-AsA_(6)P与Fe-eh中Fe^(3+)的摩尔比为5∶1时,木蜡油干燥速度最快,表干和实干时间分别为1.2和3.5 h,相比商业木蜡油分别缩短25%和34.3%;光泽度提高1.1倍,接触角长时间保持在95°以上,且其硬度、附着力、耐水性与商业木蜡油相当,色差总值(ΔE)低于商业木蜡油。扫描电镜分析表明,环保快干型木蜡油不仅能够填充基材表面裸露的细胞腔,还可通过纹孔渗透到木材内部;红外分析证实,木蜡油脂肪酸链中的羧基与基材中的羟基发生酯化反应,形成牢固化学结合,展现出优异的附着性能。【结论】L-AsA_(6)P与Fe-eh协同催干剂对木蜡油具有较好催干效果,当L-AsA_(6)P与Fe-eh中Fe^(3+)的摩尔比为5∶1时,制备的木蜡油干燥性能最佳,对基材的附着和保护能力强,且可有效提升基材表面效果。

关键词：木蜡油涂饰环保快干木材