农林生物质预处理过程中细胞壁主要组分溶解机理研究进展

农林生物质可再生资源的高值转化利用已成为许多国家的重要发展战略和科学研究的热点。目前农林生物质利用技术已经取得了一定的进步,但总体上其转化成本仍然较高,实现木质纤维大规模生产燃料、生物基化学品和材料仍然困难。木质纤维细胞壁的复杂结构及组分分布不均一性是农林生物质难以高值利用的根本原因,其中细胞壁主要化学组分的微观分布及其在生物质转化过程中的降解机理阐释是木质纤维高效利用研究领域亟须解决的瓶颈问题。笔者系统阐明了农林生物质细胞壁超微结构及其主要组分在细胞壁各形态区的区域化学分布特点,并综述了两者在预处理过程中的变化及预处理破除细胞壁顽抗性的机理,为农林生物质进一步高值转化为燃料、化学品等大规模工业化生产提供重要的理论依据。     

低共熔溶剂在木质纤维类生物质研究中的应用

低共熔溶剂(DESs)是一种新型绿色溶剂,具有蒸汽压低、合成过程简单、价格低廉、无毒、可生物降解等优点,被认为是最有发展潜力的生物质预处理试剂之一,在木质纤维类生物质领域中的研究应用逐年增加。综述了DESs在木质素、纤维素和半纤维素的溶解、改性以及利用等相关方面的研究进展,分析了DESs氢键供体和氢键受体种类、摩尔比、浓度、处理温度等条件对三大素溶解性能的影响,以及三大素在DESs中酯化、活化和降解等的研究现状。介绍了DESs预处理稻壳、玉米芯、农作物秸秆、木材等木质纤维类原料的研究现状,利用DESs预处理木质纤维类生物质主要是提取并获得高纯木质素组分,同时提高富纤维物质的葡萄糖得率和木糖得率,对DESs预处理木质纤维类生物质的机理进行了分析。重点介绍了利用DESs预处理纸浆等木质纤维类生物质制备纳米纤维素的研究进展。最后,提出了DESs在木质纤维类生物质领域研究的发展方向,以期为DESs应用于木质纤维类生物质资源化利用提供依据和参考。     

不同单元形态木材增强重组竹结构材料抗弯性能的研究

根据混杂复合材料理论,探讨将几种不同单元形态的木材:木束、木刨花和木纤维与重组竹的基本单元--竹束,采用均匀混杂方法制备增强型重组竹结构材料的可行性,研究木束-竹束、木刨花-竹束以及木纤维-竹束的混杂比对增强重组竹结构材抗弯性能的影响.结果表明:与重组竹相比,当刨花-竹束以及纤维-竹束混杂比分别为10%、5%时,在垂直加载和水平加载方向上竹木复合重组结构材料的静曲强度和弹性模量综合增强效果最为明显,而随着木束-竹束混杂比增加,木束增强重组竹结构材料的弹性模量和静曲强度呈现先下降再上升的趋势,当混杂比为33%时负增强效应最大.     

纳米纤维素基导电材料及其在电子器件领域的研究进展

为了应对全球日益严重的环境污染和资源短缺,近年来,可再生、环境友好的生物质材料受到越来越多的关注。纤维素是地球上产量最大的生物质,在自然界中分布广泛且含量丰富,具有资源优势的同时还具有可生物降解、无毒等优点。纳米纤维素是一种可通过物理、化学或生物方法从原纤维中分离出的直径为纳米级的纤维素材料,其优异的力学、光学和热稳定性使其在电子器件领域具有广阔的应用前景。纳米纤维素结构的基本属性对其在新兴应用设计和产品制造上至关重要。因此,笔者在介绍纳米纤维素不同维度结构的基础上,对纳米纤维素基导电材料制备过程中的改性和炭化处理研究进展,以及其在电子、储能器件领域所取得的应用研究进展进行了综合评述,并对其在应用过程中存在的问题进行了分析。最后,就纳米纤维素基导电材料未来应用研究的重点和方向阐述了自己的观点,认为应该在降低纳米纤维素材料的制备成本以提高纳米纤维素的生产效率,以及开发既能方便储存运输又不会导致纳米纤维素聚集的新方法等方面加强投入。     

湖北木质生物质能源研究

林木生物质能源是可再生能源的重要组成部分,其研究利用对解决湖北省能源、生态环境问题将起到十分积极的作用。本文介绍了湖北省林木生物质能源研究情况,涉及到能源树种种质资源库建设、树木果实榨取柴油、林木废弃物利用以及木纤维转化酒精等方面的研究。结合我省实际情况,提出了建议。     

微纳米和微米木纤维理论研究的现状与工业化前景

微纳米和微米木纤维技术是近代高科技技术与木材工业结合的集中体现。本文综合介绍了国产外微纳米和微米木纤维理论研究现状，阐述了微纳米和微米木纤维理论的应用在我国的工业化前景。     

纳米CaCO3对木纤维增强生物可降解复合材料力学性能的影响

为探索纳米CaCO₃对增强生物可降解复合材料力学性能的影响,采用混炼、注射成型工艺制备纳米CaCO₃改性木纤维/聚乳酸复合材料,研究了纳米粒子添加量（1wt%,2wt%,3wt%,4wt%）及粒子预处理（偶联剂,硬脂酸,偶联剂-硬脂酸）对材料拉伸性能与冲击性能的影响。随着CaCO₃添加量增加,复合材料力学强度先增大后减小,质量分数2%时材料拉伸强度和冲击强度分别提高8%与20%,粒子的增韧效果明显。预处理不仅能增强木纤维与聚乳酸的结合,也提高了纳米粒子分散性,增强材料整体力学性能。纳米粒子在聚合物基体中的分散性及其与聚合物界面结合是影响材料性能的关键。     

纳米木粉在木材工业的应用前景展望

纳米技术作为一个新突破点,在木材工业上也将产生新的技术革命.本文就纳米技术在木材工业上的发展及应用前景进行展望,预测未来纳米技术可能对木材工业产生的影响.木材变成纳米尺寸后,木材的材料特异性质、尺寸效应及其变化机理都可能发生变化.当木粉变成纳米的粒度以后,原来木材理化指标都将发生改变.在细粉状态下进行木材液化可以改变木材液化的方式和成本,使木材液化真正工业化.在复杂木雕制品的加工中,采用RPM技术利用CAD直接将纳米木粉形成各种复杂木雕制品,可能开创一种新的木材加工方法.利用纳米木基复合材料和高分子材料细胞结构重组将开创人造板科学研究的新领域.纳米木粉生产的无污染胶粘剂可代替含甲醛的有毒胶,胶粘剂的绿色革命可能从木材的纳米技术开始.木磁材料和木绝磁材料的研究将使磁材料和绝磁材料生产的成本下降,在纳米材料中,纳米木粉的成本可能是最低的.     

纳秒脉冲激光切削木材的理论与试验

【目的】对微米纤维形成过程进行定性分析,本着节能降耗原则,提出纳秒激光加工法加工微米木纤维的切削理论;对微米纤维表面细胞壁进行爆裂试验,得出木材表面细胞壁等效切削力所消耗的功率。【方法】采用扫描电镜(SEM)法研究微米木纤维灼烧变形。通过激光加热和切削,沿着细胞裂解纹理对木材表面细胞内的组织液进行加热,细胞内的组织液随之气化,组织液瞬间气化使得细胞体积迅速膨胀,内部压力骤升,进而导致细胞壁爆裂,形成毛刺状的纤维丝,利用激光切割头沿木材纹理方向将木材切削成微纳米细丝。通过对纤维加工的功耗分析,将细胞学、超精加工理论、纤维学等一系列现代分析手段运用到木纤维的形成过程中,提出激光微米木纤维切削的概念和细胞裂解能力的计算方法。【结果】通过激光器对微米木纤维的切削,从微观角度得到了细胞壁切削过程中等效切削力和切削功率的公式。随着频率增加,对试件的灼烧程度依次增强,所产生的裂纹和沟槽更加密集和加深。所产生的绝对温升较大,试样产生滑移的沟槽面现象,绝对温升ΔT=∫_0~(εf)((βσ)/(ρC_m))dε。【结论】利用激光对微米木纤维的能量方程对微米木纤维的等效切削力和切削功率公式进行推导,阐明了微米木纤维灼烧过程中纤维受力情况和相应的参数关系,从而将激光切削微米木纤维研究上升到对细胞裂解能力的微观结构研究中,并通过对纤维产生和等效切削力变化的分析,提出了沿木材表面纵向激光加热的方式爆裂细胞壁的节能降耗观点。借助Drescher的精密理论,构建了微纳米木纤维的力学模型,并推导出细胞壁切削功率的理论计算公式。以水曲柳为示例进行木材表面细胞壁爆裂试验,对微米木纤维的加工细胞壁切削功率进行计算,可以加工出质量较高的微米级长丝木纤维,为我国微纳米木纤维的应用和推广奠定了理论基础。     

生物质碳/MnO_2复合电极材料及其在超级电容器中的应用进展

近年来,生物质碳材料由于来源广泛、化学稳定性好、比表面积高、环境友好等优点已成为备受关注的电极材料,在能源转化和能量储存领域显示出巨大的应用潜力。但是生物质碳材料的理论比电容有限,且分散性差、机械脆性等缺陷也阻碍了其性能的完全实现,进一步影响了实际比电容。当其用于超级电容器时,受低能的静电作用力驱使,生物质碳材料基超级电容器的能量密度往往较低。将赝电容活性材料MnO_2沉积在生物质碳材料基质上,利用生物质碳材料与MnO_2的协同效应,可获得电导率、循环稳定性和电化学性能优异的复合材料。在介绍MnO_2结构和性质的基础上,对生物质碳材料/MnO_2复合电极材料的制备方法展开综合述评。此外,还总结了生物质碳材料/MnO_2复合物作为电极材料在超级电容器上的研究进展,并指出了其在应用过程中存在的问题。最后,就生物质碳材料/MnO_2复合物在高性能和柔性超级电容器未来应用方面进行分析,认为对生物质碳材料基底的改性、MnO_2纳米结构的调控和超级电容器结构的设计优化将是今后的重点研究方向。     

Why does phosphorus limitation increase wood density in Eucalyptus grandis seedlings?

Wood density influences both the physiological function and economic value of tree stems. We examined the relationship between phosphorus (P) supply and stem wood density of Eucalyptus grandis Hill ex Maiden seedlings grown with varying soil P additions and determined how changes in wood anatomy and biomass partitioning affect the relationship. Plant height, stem diameter and total biomass increased by 400-500% with increasing P supply. Stem wood density decreased sharply from 520 to 380 kg m(-3) as P supply increased to 70 mg P kg(soil) (-1). Further increases in P supply to 1000 mg P kg(soil) (-1) had no effect on wood density. The increase in wood density at low soil P supply arose principally from enhanced secondary wall thickening of stem fiber cells. Cell wall thickness increased from 3.6 to 4.5 microm as soil P supply decreased. Because fiber cell diameter was independent of soil P (12 microm +/- 0.3), the proportion of the stem occupied by cell wall material increased as P supply declined. The enhanced secondary wall thickening of stem fiber cells at low P supply was not associated with changes in whole-plant biomass partitioning. Instead, low P supply appeared to alter biomass partitioning within the stem in favor of secondary wall thickening. Thus, increased wood density in E. grandis seedlings grown at low P soil supply was associated with inhibited stem cambial activity, resulting in an increased proportion of photoassimilates available for secondary wall thickening of fiber cells.     

泡桐纤维变化及其制浆造纸研究

以8~11年生泡桐为研究对象,主要探究了泡桐枝材、根材的生物量分配比及木纤维变化规律,研究泡桐枝材、根材用于制浆造纸的可行性。结果表明:泡桐枝材、根材在整株生物量中所占分配比较高;泡桐枝材木纤维含量、纤维长度随枝龄的增加而呈现递增趋势,并逐渐接近于树干材;泡桐化学性质稳定,综纤维素含量高;用枝材、根材制得的纸浆理化性质符合国家标准,多数物理强度指标表现优异。泡桐废弃枝材、根材可作为造纸纤维原料进行资源化利用。     

木纤维—合成纤维复合的研究

通过对不同复合条件下压制的木纤维－合成纤维复合材料的研究，探讨了木纤维的化学改性和胶粘剂的改性在木纤维－－合成纤维复3合过程中的作用，研究表明，木纤维能和顺丁烯二酸酐和丁二酸酐进行酯化反应，从而降低木纤维的表面极性，化学改性后的木纤维能与合成纤维进行良好的复合，改性胶粘剂对表面不同极性的木纤维和合成纤维都有良好的附着作用，可有效地改善木纤维与合成纤维的复合性能。     

Temperature effects on wood anatomy, wood density, photosynthesis and biomass partitioning of Eucalyptus grandis seedlings

Wood density, a gross measure of wood mass relative to wood volume, is important in our understanding of stem volume growth, carbon sequestration and leaf water supply. Disproportionate changes in the ratio of wood mass to volume may occur at the level of the whole stem or the individual cell. In general, there is a positive relationship between temperature and wood density of eucalypts, although this relationship has broken down in recent years with wood density decreasing as global temperatures have risen. To determine the anatomical causes of the effects of temperature on wood density, Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden seedlings were grown in controlled-environment cabinets at constant temperatures from 10 to 35 degrees C. The 20% increase in wood density of E. grandis seedlings grown at the higher temperatures was variously related to a 40% reduction in lumen area of xylem vessels, a 10% reduction in the lumen area of fiber cells and a 10% increase in fiber cell wall thickness. The changes in cell wall characteristics could be considered analogous to changes in carbon supply. Lumen area of fiber cells declined because of reduced fiber cell expansion and increased fiber cell wall thickening. Fiber cell wall thickness was positively related to canopy CO2 assimilation rate (Ac), which increased 26-fold because of a 24-fold increase in leaf area and a doubling in leaf CO2 assimilation rate from minima at 10 and 35 degrees C to maxima at 25 and 30 degrees C. Increased Ac increased seedling volume, biomass and wood density; but increased wood density was also related to a shift in partitioning of seedling biomass from roots to stems as temperature increased.     

人工林胡桃楸木材纤维长度径向变异规律研究

木材纤维长度是衡量木材材质、材性和植物纤维原料质量优劣的较重要的指标之一。为初步掌握人工林胡桃楸木材材质材性的径向变异规律,以其木纤维长度为研究对象,采用时间序列和一元回归两种分析方法,进行数据拟合和短期预测。研究结果表明,采用时间序列模型ARIMA和一元回归方程可以对人工林胡桃楸木纤维长度进行数据拟合与4 a短期预测,ARIMA模型的拟合效果优于一元回归方程,一元回归方程的预测效果优于ARIMA模型。     

草本植物纤维制造中高密度纤维板的研究现状

我国木材原料紧缺已经严重影响到了中纤板的生产，寻找木材的替代原料是纤维板产业发展的必然趋势。草本植物纤维对木材纤维的比较优势在于其可再生性，但也存在部分固有缺陷如比较弱的纤维强度和细胞壁的硅质化。大量研究表明，研发生物质基木材胶粘剂和采用非传统的粘合技术，将成为最终解决草本植物纤维板制造工艺技术难题的突破口。     

木质剩余物制备模塑包装材料研究进展

以木质剩余物为主要原料研制模塑包装材料,既能使我国林区剩余物得到有效利用,促进经济发展,又能满足包装市场对绿色包装材料的需求.分析我国木质剩余物的广阔利用空间和植物纤维模塑包装材料的研究价值,论述国内外有关植物纤维制备包装材料的研究现状,阐述利用木质剩余物制备模塑包装材料的制备工艺,对剩余物植物纤维模塑包装材料的发展趋势进行展望.     

火炬松纸浆材优良家系多性状选择

对６年生火炬松自由授粉子代测定林进行了生长、材性和干形等性状的遗传参数估算和相关关系分析。树高、木材基本密度在家系间存在极显著差异，且具有较高的遗传力，胸径、材积、干材干重和管胞长度具中度遗传力，树干通直度和分枝性状未发现显著的家系间差异。干材干重与生长性状呈高度正相关，与木材基本密度呈微弱的负相关，而与管胞长度呈负相关。以浆材为选择目的进行家系指数选择，认为包含产量（干材干重）和质量（木材基本密     

美国木材与纤维复合材料研究现状

对美国木材工业及纤维复合材料方面的研究及发展现状进行了论述, 重点介绍木材工业、木结构材料、木基复合材料、纤维复合材料、木材化学利用和木材生物质能源等领域的研究现状和发展动态, 并针对我国木材利用现状提出开展木材资源系统基础及应用研究、加快环境友好型天然纤维复合材料研发和加强木材化学及能源利用研究的建议。     

造林密度对杂种落叶松生长与材性的影响

采用SAS、SPSS等软件分析了4种造林密度(2 500、3 300、4 400、6 600株/hm2)对杂种落叶松的生长、木材密度、纤维长度、纤维宽度及纤维素含量的影响。结果表明:造林密度对杂种落叶松的生长影响非常显著,对纤维长度、宽度影响显著(P<0.05),对木材密度和纤维素含量影响不显著。11年生杂种落叶松的平均纤维长度为2.52 mm,平均宽度为40.56μm,长宽比平均值为64.88,纤维素的平均含量为50.41%。