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纤维素纳米晶体-琼脂糖-碳化钛复合水凝胶界面蒸发器的制备及在海水淡化和制浆废液处理中的应用

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复合材料学报 2024年

作者：王晓法陈嘉川王宝斌刘浩李俊超杨桂花齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸国家重点实验室制浆造纸科学与技术教育部重点实验室

淡水资源短缺和能源危机已经严重影响到人类社会的可持续发展。因此，探寻人类及工业用水清洁脱盐技术成为研究热点。近年来利用太阳能进行水资源脱盐技术发展成为低成本生产清洁淡水的有效途径。本研究以纤维素纳米晶体（Cellulose nan... 详细信息

淡水资源短缺和能源危机已经严重影响到人类社会的可持续发展。因此，探寻人类及工业用水清洁脱盐技术成为研究热点。近年来利用太阳能进行水资源脱盐技术发展成为低成本生产清洁淡水的有效途径。本研究以纤维素纳米晶体（Cellulose nanocrystals）为原料，琼脂糖（Agarose）作为水凝胶自交联网络，制备纤维素纳米晶体-琼脂糖-碳化钛（MXene）(Ce-CAM)复合水凝胶界面蒸发器。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、流变仪对Ce-CAM复合水凝胶的物理化学性能进行分析表征，并对其在海水脱盐淡化和制浆废液净化处理方面的应用进行探究。结果表明，Ce-CAM复合水凝胶在250-2500 nm范围内的光吸收率为90%以上，在1 kW·m-2的光照强度下，其对3.5%氯化钠溶液和制浆废液的蒸发速率分别为1.44 kg·m-2·h-1、1.42 kg·m-2·h-1，且对Na+、Mg2+、K+、Ca2+四种离子去除率大于99.9%。其BOD、COD去除率分别可达到99.48%、99.53%。本研究可为基于水凝胶界面蒸发用于海水淡化和制浆废液净化处理提供了潜在的应用前景。

关键词：水凝胶纤维素纳米晶体界面蒸发器海水淡化制浆废液净化

疏水疏油纤维素基功能材料的制备及其应用研究进展

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复合材料学报 2024年

作者：邱琳杨桂花蒋启蒙王宝斌薛玉陈嘉川齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸国家重点实验室制浆造纸科学与技术教育部重点实验室

基于中国“限塑令”到“禁塑令”的逐步实施，利用可再生可降解生物质基材料代替塑料成为研究热点。纤维素是自然界中最丰富的可再生生物质资源，利用绿色可降解纤维素基材料代替塑料是解决塑料污染的有效途径。本文介绍了纤维素基疏水... 详细信息

基于中国“限塑令”到“禁塑令”的逐步实施，利用可再生可降解生物质基材料代替塑料成为研究热点。纤维素是自然界中最丰富的可再生生物质资源，利用绿色可降解纤维素基材料代替塑料是解决塑料污染的有效途径。本文介绍了纤维素基疏水疏油膜材料、纤维素基疏水疏油纸基材料和纤维素基疏水疏油凝胶材料的制备方法，分析比较了三种纤维素基双疏材料制备方法的特点，阐述了纤维素基双疏材料在水油分离、耐磨纺织材料、阻燃材料等领域的应用，阐明了疏水疏油机制，并对纤维素基双疏材料的发展方向进行了展望。

关键词：纤维素疏水疏油表面湿润理论复合材料生物质基材料

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木质素基多功能共晶凝胶的制备及传感应用

精细化工 2024年第6期41卷 1254-1261,1269页

作者：李娇王丽云龙王超姜炜坤吕高金齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸国家重点实验室山东济南250353

以碱木质素(AL)和纤维素纳米晶体(CNC)为原料,低共熔溶剂(DES)为溶剂,制备了多功能共晶凝胶(DES-AL-CNC)。利用FTIR、SEM、EDS对DES-AL-CNC共晶凝胶的结构、机械性能、自恢复性能、黏附性能、抗干燥性和导电性能、抗紫外和透光性能、应... 详细信息

以碱木质素(AL)和纤维素纳米晶体(CNC)为原料,低共熔溶剂(DES)为溶剂,制备了多功能共晶凝胶(DES-AL-CNC)。利用FTIR、SEM、EDS对DES-AL-CNC共晶凝胶的结构、机械性能、自恢复性能、黏附性能、抗干燥性和导电性能、抗紫外和透光性能、应变传感性能进行了测试。结果表明,共晶凝胶的断裂应变达852%,拉伸强度达542 kPa,具有良好的黏附性能(对玻璃的黏附强度高达32 kPa)、抗紫外性能和抗干燥性能(65℃存放7d后失重率<10%)。此外,共晶凝胶表现出高应变灵敏度(GF=1.74)、快速响应时间(500 ms)和恢复时间(500 ms),其可组装成柔性应变传感器用于实时监测人体的各项生理活动,同时作为生物电极可连续稳定地传输心电和肌电信号,拓宽了柔性可穿戴电子设备的应用。

关键词：低共熔溶剂木质素共晶凝胶多功能传感器功能材料

高强度耐低温离子水凝胶的制备及在摩擦纳米发电机中的应用

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高分子材料科学与工程 2024年第5期40卷 125-133页

作者：王洋刘文博杨宇姜炜坤吕高金齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸国家重点实验室山东济南250353

摩擦纳米发电机(TENG)作为一种新型可持续的能量收集设备,具有自供电、高输出、低成本、灵活性和轻量化等优点。然而,传统TENG的电极材料为金属薄膜、碳片和液态金属等,存在可拉伸性差、导电性差且在低温无法工作等缺点。文中将氯化锌(Z... 详细信息

摩擦纳米发电机(TENG)作为一种新型可持续的能量收集设备,具有自供电、高输出、低成本、灵活性和轻量化等优点。然而,传统TENG的电极材料为金属薄膜、碳片和液态金属等,存在可拉伸性差、导电性差且在低温无法工作等缺点。文中将氯化锌(ZnCl_(2))、磺基甜菜碱(SBMA)、纳米纤维素(CNC)和柠檬酸(CA)引入聚丙烯酸(AA)基体中,制备了具有优异力学性能(拉伸强度2.16 MPa、断裂伸长率382%)、抗疲劳性、导电性能(9.3 mS/cm)、抗冻性能(-75℃)和保水性能的离子水凝胶材料。基于该离子水凝胶所制备的TENG具有良好的可拉伸性、抗冻性(-50℃)和稳定的输出电压(60 V),能够将人体运动产生的机械能转化为电能,并成功点亮了39个LED灯。因此该水凝胶基TENG在能量收集领域展示出巨大的发展潜力,具有广阔的应用前景。

关键词：纳米纤维素柠檬酸磺基甜菜碱氯化锌摩擦纳米发电机

制浆纤维原料固废物基颗粒燃料的燃烧性能分析及改善

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农业工程学报 2024年第5期40卷 246-254页

作者：杨桂花薛蓝馨林兆云范家铭陈嘉川齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸国家重点实验室济南250353

利用农业废弃草类植物进行制浆造纸可缓解中国制浆造纸工业面临的纤维原料短缺压力,将制浆过程产生的纤维原料废渣和制浆废液溶出物等固体废弃物进行颗粒燃料制备是实现工业固废物资源化利用的有效途径。为了解制浆过程不同纤维原料废... 详细信息

利用农业废弃草类植物进行制浆造纸可缓解中国制浆造纸工业面临的纤维原料短缺压力,将制浆过程产生的纤维原料废渣和制浆废液溶出物等固体废弃物进行颗粒燃料制备是实现工业固废物资源化利用的有效途径。为了解制浆过程不同纤维原料废渣的燃烧特性,将制浆过程备料工段产生的纤维原料废渣通过压缩成型技术制备了颗粒燃料,利用热重仪、扫描电镜、X射线衍射仪、热分析-红外-气质联用仪对不同纤维原料废渣固废物制备的颗粒燃料的燃烧特性进行了分析比较,研究探讨了添加制浆废液对颗粒燃料燃烧性能的改善效果。结果表明,草类纤维原料废渣基颗粒燃料因不可燃杂质含量较高,固定碳含量较低,其燃烧性能稍差于木材废渣基颗粒燃料;草类纤维原料废渣基颗粒燃料中的碱金属元素与硅元素在高温下反应生成结渣性金属硅酸盐类颗粒灰分;草类废渣基颗粒燃料因不可燃杂质含量较高导致固定碳不完全燃烧,增加了燃烧排放气体中CO气体成分。基于资源化利用制浆过程溶出物和改善颗粒燃料的燃烧性能,将10.28%固形物含量的制浆废液/麦草废渣混合物压缩制备颗粒燃料,颗粒燃料的综合燃烧指数为2.50×10^(-7)%^(2)/(min^(2)·℃~3),燃烧活化能为59.88 kJ/mol,与麦草废渣基颗粒燃料相比,燃烧指数提高了171.74%,燃烧活化能降低了22.72%,麦草废渣基颗粒燃料的燃烧性能得到明显改善。研究结果可为制浆造纸过程固体废弃物的资源化利用提供理论参考。

关键词：生物质颗粒燃料废渣制浆废液燃烧特性

基于麦草废渣模型颗粒燃料的构建探究制浆废液对颗粒燃料性能的影响

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中国造纸 2024年第4期43卷 162-169页

作者：薛蓝馨林兆云杨桂花陈嘉川齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸国家重点实验室/制浆造纸科学与技术教育部重点实验室山东济南250353

分别以麦草废渣、纤维素/半纤维素为原料,掺杂制浆废液,通过直接压缩成形,制备了生物质颗粒燃料及其模型物,并对生物质颗粒燃料的物理性能和燃烧性能进行了研究。结果表明,制浆废液中因含有木质素、糖类等有机成分而具有较好的黏结性,... 详细信息

分别以麦草废渣、纤维素/半纤维素为原料,掺杂制浆废液,通过直接压缩成形,制备了生物质颗粒燃料及其模型物,并对生物质颗粒燃料的物理性能和燃烧性能进行了研究。结果表明,制浆废液中因含有木质素、糖类等有机成分而具有较好的黏结性,能够提高颗粒燃料的物理性能。由固含量4.29%的制浆废液制备的模型颗粒燃料,横向抗压强度和燃烧热值最高值分别为128.28 MPa和16 806.4 J/g,明显高于由水制备的颗粒燃料,但该模型燃料的综合燃烧特性指数降低为1.69×10^(-9)%^(2)/(min^(2)·℃^(3))。

关键词：制浆废液生物质颗粒燃料物理性能燃烧特性

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生物化学机械法制浆过程麦草废渣基棒状颗粒燃料的性能分析

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中国造纸 2024年第3期43卷 82-90页

作者：王月莹杨桂花林兆云王东兴赵玉刘刻峰邵学军陈嘉川齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸国家重点实验室/制浆造纸科学与技术教育部重点实验室山东济南250353 山东世纪阳光纸业集团有限公司山东潍坊262400

为提高农业废弃物麦草全组分资源化利用效率,本研究将生物化学机械法制浆过程产生的麦草废渣和制浆废液进行混合,利用液压成形技术制备了麦草废渣基棒状颗粒燃料(简称颗粒燃料),探讨了麦渣粒径和废液添加量对颗粒燃料形貌、稳定性、物... 详细信息

为提高农业废弃物麦草全组分资源化利用效率,本研究将生物化学机械法制浆过程产生的麦草废渣和制浆废液进行混合,利用液压成形技术制备了麦草废渣基棒状颗粒燃料(简称颗粒燃料),探讨了麦渣粒径和废液添加量对颗粒燃料形貌、稳定性、物理性能和燃烧性能的影响。结果表明,颗粒燃料制备的较优工艺条件为:麦渣粒径范围[0.22,0.90)mm,制浆废液添加量36.31%。该条件下制备的颗粒燃料具有较好的稳定性、物理性能和燃烧性能,其松弛密度为1.50 g/cm^(3),抗跌碎性为99.94%,抗渗水性时间为105 min,横向抗压强度为75.1 MPa,径向抗压强度为1.53 MPa,热值为11 715 J/g,燃烧时间可达99 s。

关键词：麦草废渣制浆废液液压成形颗粒燃料

ZnIn_(2)S_(4)修饰TiO_(2)的分级S型异质结用于促进光催化析氢

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 334-345页

作者：张宝龙刘方璇孙彬高婷婷周国伟齐鲁工业大学(山东省科学院)化学与化工学院山东省高校轻工精细化学品重点实验室济南市多尺度功能材料工程实验室山东济南250353 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室山东烟台264006

利用半导体光催化裂解水制氢被认为是解决日益严重的环境污染和能源短缺问题的有效途径之一,然而半导体光吸收范围窄、光生载流子复合率高以及光催化剂氧化还原能力差等问题限制了该技术的发展.为克服这些难题,构建能带结构匹配的S型异... 详细信息

利用半导体光催化裂解水制氢被认为是解决日益严重的环境污染和能源短缺问题的有效途径之一,然而半导体光吸收范围窄、光生载流子复合率高以及光催化剂氧化还原能力差等问题限制了该技术的发展.为克服这些难题,构建能带结构匹配的S型异质结成为提高光催化活性的有效策略.该结构能实现光生载流子的空间分离和转移,有效地抑制其复合,同时保留了光催化体系的强氧化还原能力.本文利用原位化学浴沉积法成功地将ZnIn_(2)S_(4)纳米片修饰在花状TiO_(2)微球表面,制备了具有独特分级结构的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4) S型异质结光催化材料,并研究了其光催化析氢活性.Zeta电位结果表明,TiO_(2)带有正电荷,可以率先吸附溶液中的S2-并与后续加入的In3+和Zn2+原位反应生成ZnIn_(2)S_(4),进而构建稳定的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结光催化剂.X射线粉末衍射、扫描电镜和透射电镜等结果证实了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结光催化剂的成功制备.紫外-可见漫反射结果表明,ZnIn_(2)S_(4)的引入明显增强了TiO_(2)的光吸收能力.结合莫特-肖特基曲线、X射线光电子能价带谱和紫外光电子能谱等表征结果,确定了TiO_(2)和ZnIn_(2)S_(4)的能带结构及费米能级位置.光电流密度、电化学阻抗、表面光电压、荧光光谱和时间分辨荧光光谱等测试结果表明,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有较好的光生载流子分离和转移效率以及更长的光生载流子寿命.线性扫描伏安和接触角测试证明了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有更低的过电势和良好的亲水性,更有利于析氢反应发生.通过阿伦尼乌斯方程对反应温度和析氢速率之间的关系进行拟合,结果发现,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有更低的析氢反应表观活化能,从而更有利于光催化析氢反应发生.非原位和原位X射线光电子能谱以及电子自旋共振光谱等结果表明,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结遵循S型电子转移机理.在模拟太阳光照射下,最佳配比的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结的光催化析氢速率达6.85 mmol g^(-1) h^(-1),分别约为纯TiO_(2)和ZnIn_(2)S_(4)的171.2倍和3.9倍.此外,经六次循环后催化材料仍保持良好的光催化析氢活性,表明具有紧密界面接触的分级结构异质结可以有效地抑制ZnIn_(2)S_(4)的光腐蚀,且保持良好的结构稳定性.综上,本文构建了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4) S型异质结,有效促进了光生载流子的空间分离和转移,同时保留了其强氧化还原能力,从而提高光催化析氢活性.本研究为设计和合成高效的异质结光催化剂提供了参考.

关键词： TiO_(2) 分级结构 ZnIn_(2)S_(4) S型异质结光催化析氢

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平菇在医药、化工、环境保护领域的研究进展

食品与发酵工业 2024年第1期50卷 351-358页

作者：李坤鹏郭杨子王俊明王晨莹任喜东齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸国家重点实验室山东济南250353 齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省微生物工程重点实验室山东济南250353 齐鲁工业大学(山东省科学院)食品科学与工程学院山东济南250353

平菇是一种具有多种突出优点的大型真菌,受到研究人员的广泛关注,并在医药、食品、化工、环境保护等领域得到了广泛的应用。主要原因是平菇中含有丰富的多糖、蛋白质、脂质、维生素、矿物质等营养成分,并且平菇中的某些营养成分还具有... 详细信息

平菇是一种具有多种突出优点的大型真菌,受到研究人员的广泛关注,并在医药、食品、化工、环境保护等领域得到了广泛的应用。主要原因是平菇中含有丰富的多糖、蛋白质、脂质、维生素、矿物质等营养成分,并且平菇中的某些营养成分还具有抗氧化、抗菌、抗炎、降血糖、免疫调节等活性,以及具有降解纤维素、吸附其生长环境中的有害污染物、富集重金属离子等特性。目前,平菇的研究热点主要集中在医药领域,如抗氧化药物、抗菌药物、抗炎药物、降血糖药物、免疫调节剂等药物的研制;化工领域,如化妆品、柔性材料、农药等的开发;环境保护领域,如木质纤维素的利用、土壤和水系的修复。该文就平菇营养成分及其在医药、化工、环境保护领域应用的最新研究进展作综述,为平菇在各领域的开发利用提供参考。未来应在开发利用平菇营养成分活性的同时,基于平菇自身及其生长特性探索在其他领域的应用。

关键词：平菇营养成分抗氧化药物免疫调节剂柔性材料生物发酵