生物质结构SiC陶瓷材料的研究现状及发展趋势

生物质结构SiC陶瓷,作为一种新型环境材料,以其高硬度、高热稳定性、耐腐蚀、耐氧化和化学惰性等优异特性,得到了越来越广泛的应用研究.笔者简要阐述了生物质结构SiC陶瓷材料的制备方法和原理,并介绍了国内外利用生物质材料制造SiC陶瓷的研究现状,现存问题及该领域的发展趋势.     

生物质纤维素基碳气凝胶材料研究进展

作为一种新型轻质多孔的功能性气凝胶,生物质纤维素基碳气凝胶具有独特的各向同性三维网络层级结构,该结构使生物质纤维素基碳气凝胶兼具气凝胶的高比表面积、高孔隙率、低密度以及碳材料的耐热性、导电性和生物质材料的可降解性、生物相容性,是近年来纳米功能性材料领域的研究热点之一。生物质纤维素基碳气凝胶原材料来源广泛,包括木材、竹材、果蔬等植物及其加工物、海洋生物和细菌等。基于原料形态不同,本研究将生物质纤维素基碳气凝胶的制备方法归结为凝胶炭化法和生物质直接炭化法,并详细介绍2种方法的制备工艺。基于生物质纤维素基碳气凝胶独特的层级孔状结构,本研究概述碳气凝胶的轻质多孔、疏水性、稳定性和导电性以及生物质纤维素基碳气凝的金属掺杂和杂原子掺杂改性,这些优异的材料特性使其在隔热、电化学、吸附等领域有着广泛应用,并有望渗透到药物缓释、抗菌材料、组织工程和电磁屏蔽等更多的前瞻性新兴材料领域。围绕生物质纤维素基碳气凝胶的功能化制备、性能表征和应用,创新性的研究理论和研究方法正在不断涌现,本研究在深入分析研究现状的基础上,展望生物质纤维素基碳气凝胶未来的研究方向和发展前景。生物质纤维素基碳气凝胶作为一种新型绿色材料,以其独特的热学、电学、光学及力学性能,可为生物质的高值化、功能化应用提供更多的研究思路,具有更加广泛的应用前景。     

新型生物质碳材料的研究进展

碳材料是重要的结构材料和功能材料,利用生物质原料制备各种碳材料,可以降低碳材料生产成本,实现碳材料的可持续发展.本文较系统地介绍了新型生物质碳材料的制备方法以及应用前景,总结了近年来国内外生物质碳纤维、生物质活性碳纤维、生物质碳分子筛等碳材料的相关研究报道.     

竹基SiC/C生物陶瓷的制备和性能

以毛竹的炭化物为生物模板材料,采用溶胶-凝胶法对其浸渍一定量的二氧化硅溶胶,应用碳热还原反应制备竹基SiC陶瓷,并对其结构、化学组成和力学性能进行表征。结果表明,煅烧温度和时间决定了陶瓷的物相组成。煅烧温度1450℃、时间5h可使所有的二氧化硅凝胶与炭反应生成SiC。煅烧温度过低、煅烧时间过长或不足均有可能在材料内残留或产生一定量SiO2,在此条件下制备的生物陶瓷实际为SiC和大量自由炭组成的SiC/C复合陶瓷,其中SiC陶瓷主要分布在材料的表层区域;制备的竹基SiC/C复合生物陶瓷的顺纹抗压强度、抗弯强度及抗弯弹性模量均随试样溶胶质量增加率的增高呈先上升后下降的趋势,溶胶质量增加率在10%左右时制得的陶瓷力学性能最佳,并显著优于相应竹炭的力学性能。     

生物质制备纳米结构材料取得系列进展

中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室俞书宏课题组在低温水热碳化生物质制备功能性碳基材料方面的研究取得显著进展,其中有关生物质水热碳化制备高活性富碳纳米功能材料的一系列工作引起国际关注。     

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。     

木材炭化与炭化物利用研究进展

木材通过炭化可转化为木炭, 进一步反应可以制备隔音材料、环境净化材料、导电材料、电磁屏蔽材料以及类似陶瓷结构的仿生材料等新型生物质材料。文中从炭化的方法、机理以及产物的应用等方面对木材炭化的研究进行了综述。     

MOF衍生物/生物质碳基钠电池电极材料的研究进展北大核心

钠(Na)电池具有原料成本低、储量大、能量密度较大等特点,是极具发展前景的下一代电池材料之一。生物质具有可持续发展、环境友好、结构多样和高反应活性等优点。由金属-有机骨架(MOF)衍生物和生物质材料制备的多孔碳基材料能够提供主体框架,利用孔结构增大碳的层间间距,保证足够的层间空间用于Na^(+)插入,促进电子转移,从而提高电池的电化学性能。综述了常见的生物质碳基材料、MOF及其衍生物、MOF/生物质复合材料钠电池负极材料的相关研究进展,以期为开发高性能MOF衍生物/生物质碳基复合钠电池电极材料提供理论依据。     

生物质碳基固体酸催化剂在纤维素水解中的研究进展

综述了生物质碳基固体酸催化剂催化纤维素水解的最新研究进展,首先介绍了催化剂制备的原料及方法,包括热解炭化-磺化法、硫酸炭化-磺化法、水热炭化-磺化法以及热解炭化-氧化-磺化法等,分析了催化纤维素水解的机理,简述了催化剂活性评价方法及促进水解反应的辅助方法,并展望生物质碳基固体酸催化剂在纤维素水解中的应用前景及发展方向。     

纳米纤维素的制备及应用研究进展

纳米纤维素作为纤维素基纳米材料的代表,不但保留了天然纤维素的性质,同时赋予纳米粒子以高强度、高结晶性、高比表面积、高抗张强度等特性,能够明显改善材料的光、电、磁等性能,在复合材料、精细化工、医药载体、药物缓释等领域具有广阔的应用前景。进一步对纳米纤维素的结构进行调控,在纳米尺度操控纤维素超分子聚集体,进行结构设计并组装出稳定的功能性纤维素基纳米材料,即可以纤维素为原料构建具有优异性能的生物质材料,这也正是目前生物质材料和纤维素科学领域的研究热点。概括了目前纳米纤维素的主要制备方法:机械法、化学法和生物法,并对各种制备方法的优缺点进行了讨论,同时综述了纳米纤维素的应用状况,指出了纳米纤维素的制备及应用方面需要解决的主要问题及今后的发展方向。     

Effect of different silicon sources on rattan-based silicon carbide ceramic prepared by one-step pyrolysis

Rattan-based silicon carbide (R-SiC) ceramics, R-SiC_SiO2 and R-SiC_Si, were successfully prepared from silica (SiO₂) sol and silicon (Si) powder, respectively. The rattan powder was impregnated, respectively, with SiO₂ sol at ambient temperature and liquid melt-Si at high temperature. This was followed by one-step direct pyrolysis at 1500 °C under an argon (Ar) atmosphere. The final SiC samples were analyzed using mass analysis, X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDAX), and nitrogen (N₂) physisorption techniques. Experimental results showed that the mass residual of R-SiC_Si (42.56 wt%) was almost equal to R-SiC_SiO2 (42.45 wt%). However, R-SiC_SiO2 had a higher yield of SiC, a higher specific surface area and a more intact porous morphology preserved from the rattan biomass. In addition, some rod-like SiC whiskers and tablet-like SiC particles were found in R-SiC_SiO2. By comparison, R-SiC_Si had a large amount of unreacted Si, as well as certain amount of SiC and unreacted C. Thus, it can be concluded that SiO₂ sols are more appropriate for use in preparation of SiC from rattan, whatever the porous microstructure, yield, and purity of SiC.     

竹废料用于分布式生物质发电的发展前景

中国竹产业发展迅速,竹材消耗量也逐年上升,同时产生了越来越多的竹废料无法得到有效利用。目前全世界面临着能源短缺和环境保护的双重压力,大力开发生物质能源是实现经济社会可持续发展的必然选择。文章概述了竹材作为生物质能原料的优势、传统生物质发电项目存在的问题以及生物质发电领域新技术的应用,可为产竹区、竹产业聚集区的竹废料应用于分布式生物质热电联供提供一种高效、先进、可推广的模式。     

水稳砂砾沥青路面冷再生材料温缩和抗冻性能试验研究

水泥稳定冷再生材料属于半刚性材料,其以强度高、刚度大、路用性能好等优点,在实际工程中得到广泛的应用。但是半刚性基层材料也存在着如抗裂性能和抗冻性能差等缺陷。因此抗裂性能和抗冻性能是半刚性基层亟待解决的问题。本文以不同的水泥剂量、沥青面层与半刚性基层厚度比,以及不同新骨料掺加量的冷再生材料进行温度收缩系数试验和抗冻性能试验研究,得到不同配合比例与水泥稳定冷再生材料不同龄期的温度收缩系数和耐冻系数之间的关系。     

木质生物原料的液化

随着石油资源的日近枯竭,加上石油制品不易生物降解而造成的环境污染,寻求石油替代品,开发新能源、新材料迫在眉睫。利用产量巨大、可再生、可生物降解的木质生物原料(森林和作为农业废弃物的秸杆等)通过物理、化学方法获取燃料、化学品及新型材料的研究日益受到人们的关注。通过液化制备各种新型高分子材料和燃油,是替代石油制品,提高木材的利用价值、有效利用劣质和废弃森林资源及农业废弃物、减轻环境与能源压力的全新途径。本文综述了木质资源液化的研究开发与现状。     

纤维素基超疏水材料的研究进展

纤维素是一种可再生的生物材料,具有良好的力学性能、柔韧性和透气性。通过对纤维素表面进行物理和化学改性,可实现纤维素表面超疏水化,从而扩大纤维素的应用范围。本文概述了纤维素基超疏水材料的研究成果和现状,重点介绍了浸渍法、喷涂法、接枝聚合法、气相沉积法、水热法等方法在滤纸、棉纤维、微球等纤维素基材上构建纤维素基超疏水材料。     

推动竹缠绕复合材料应用引领中国迈向材料强国

竹缠绕复合材料是以天然竹材为基材,以树脂为胶黏剂,采用缠绕工艺加工成型的新型生物基材料,具有质量轻、强度高、综合造价低、承压能力强、保温性能好、抗震抗沉降能力强、绿色环保、节能低碳等特点,可替代钢材、塑料、水泥等传统材料,广泛应用于城建、市政、交通、水利、航空、国防等领域,可大幅度减少不可再生材料的使用。竹缠绕复合材料的推广应用,对于推动传统行业高质量发展,促进中国向世界材料强国迈进以及人类社会的可持续发展意义重大。文章分析了竹缠绕复合材料的发展潜力、产业化现状及前景,对进一步推动竹缠绕复合材料应用提出了建议。     

松香及其衍生物在无机功能材料中的应用研究进展

松香是我国重要的生物质资源,其主要成分树脂酸含有三环菲骨架强疏水刚性基团和羧基弱亲水基团,可用于无机纳米材料的分散,降低无机纳米材料的聚集.通过对松香树脂酸双键和羧基等位点进行化学改性,增强亲水性能,可获得亲水亲油性能优异的表面活性剂,与无机材料具有更好的"融合性",作为模板剂和分散剂,可控辅助制备多种无机功能材料.而...