典型草原枯落物分解过程中官能团的动态特征

选择锡林浩特东部国家气候观象台的生态监测研究样地,对大针茅(Stipa grandis)、羊草(Leymus chinensis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、知母(Anemarrhena asphodeloides)枯落物的化学结构特征进行阐释。结果表明:(1)枯落物分解速率呈先增大后减小的变化趋势,且知母枯落物分解速率高于大针茅、羊草和糙隐子草;枯落物总碳(TC)含量为富集-释放模式,在第120d时,知母枯落物TC含量高于其他3种植物。(2)大针茅、羊草、知母、糙隐子草枯落物所含的主要官能团为-OH;=C-H、-CH 2、-CH 3;C=O;C=O、C=C;C-O。(3)不同植物枯落物官能团含量在分解初期迅速减少,在分解后期减少趋势较为缓慢,与分解过程中枯落物的分解速率变化趋势一致;知母的含碳官能团含量在分解结束后最低,而羊草的则最大,且知母和糙隐子草损失量最大,与分解过程中枯落物TC含量的特征一致。(4)大针茅的支链化指数最大,羊草的最小;糙隐子草的芳香性指数最大,知母的最小。不同植物芳香性指数在分解初期迅速减少,在分解后期减少趋势较为缓慢,与分解速率变化趋势一致。     

秸秆还田对麦玉系统土壤有机碳稳定性的影响

为揭示不同秸秆还田量对华北小麦-玉米轮作系统土壤有机碳官能团结构及稳定性的影响,研究了秸秆还田5 a后土壤有机碳官能团结构、团聚体组成及有机碳含量、活性有机碳含量、土壤铁离子的变化。田间实验设置4个处理:秸秆不还田作为对照(CK)、秸秆1/3还田(S1)、秸秆2/3还田(S2)、秸秆全部还田(S3)。采用常规方法测定土壤理化性质、粒径、铁离子及土壤微生物量碳含量,13C核磁共振波谱技术(NMR)检测分析土壤有机碳官能团结构。结果表明:秸秆还田5 a后,土壤总有机碳(TOC)、2mm与2.00～0.25 mm团聚体有机碳、可溶性有机碳(DOC)、易氧化态碳(EOC)和微生物量碳(MBC)含量,均随还田量增加而逐渐增加,且不同处理增加量不同,与CK相比,S3处理显著增加了这些有机碳的含量(P0.05)。各处理土壤有机碳以烷基碳与烷氧基碳为主,其次是芳香碳与羰基碳,秸秆还田增加了烷氧基碳、羰基碳(易分解碳组分)含量,降低了烷基碳和芳香碳(难分解碳组分)含量,与CK相比,S3处理显著增加烷氧基碳含量(P0.05)而显著降低了芳香碳含量(P0.05)。与CK相比,S2、S3处理也显著降低了有机碳的芳香度、疏水碳/亲水碳、烷基碳/烷氧基碳比值(P0.05),而对脂族碳/芳香碳影响不明显。与CK相比,S3处理显著增加了2.00 mm团聚体组分,增加了2.00～0.25 mm组分,而降低了0.25～0.053 mm组分和显著降低了0.053 mm组分(P0.05)。秸秆还田对土壤游离铁、活性铁、螯合铁含量的影响不明显。有机碳官能团组成与土壤因子间的冗余分析表明土壤TOC、MBC含量、团聚体组分、铁离子的改变是导致不同处理间有机碳官能团结构存在差异的重要原因。综上所述,由于短期秸秆还田增加了活性有机碳含量、易分解有机碳组分,减少了难分解有机碳组分,降低了微团聚体物理保护作用,改变了微生物活性和铁离子络合作用,在一定程度上降低了土壤有机碳稳定性,可能导致麦玉复种系统土壤碳排放水平的增加。     

乙酰化处理对樟子松木材耐光性和热稳定性的影响

【目的】探讨乙酰化处理对人工林木材耐光性和热稳定性的影响,为木材颜色调控技术及高耐光染色木材的研发提供理论依据。【方法】以樟子松木粉为试样,加入乙酸酐和二甲苯溶液,在120℃条件下分别反应5,10,20,40,60 min,测试乙酰化处理时间对木粉增重率的影响;分别称取1 g经不同时间乙酰化处理的木粉和未处理木粉,置于 UV老化试验箱内辐射100 h,利用红外光谱分析 UV辐射前后乙酰化木粉化学官能团的变化,通过热重和扫描电镜分析乙酰化木粉的热稳定性及其形貌变化。【结果】随着乙酰化处理时间的延长,樟子松木粉的增重率呈现先增加后降低的趋势,在处理40 min 时木粉增重率最大;乙酰化木粉在1741 cm －1和1385 cm －1处的CO,C—H特征吸收峰强度均大于原木粉,处理时间40 min 时木粉的吸收峰强度最大;UV 辐射后,乙酰化木粉在1508 cm －1处木质素苯环特征吸收峰强度明显大于原木粉,处理时间40 min 时木粉的吸收峰强度最大,表明木粉经乙酰化处理后光稳定性得到提升;热重分析显示,经乙酰化处理后,木粉热分解所需的温度明显提高,表明乙酰化木粉的热稳定性好于原木粉;扫描电镜分析表明,乙酰化处理可增强木粉微观构造抵抗光劣化的能力。【结论】乙酰化处理能有效抑制樟子松木材的光降解反应并提升其热稳定性。     

杨木和杉木木材表面性质的研究

以人工林杨木和杉木木材为研究对象 ,对其表面自由能、表面极性和表面化学官能团等木材表面特征因子进行测定 ,并探讨不同温度处理条件下木材表面特性的变化机理。研究结果表明 :杉木比杨木有较高的总表面自由能 (42 35mN·m- 1 对 38 93mN·m- 1 )和非极性表面自由能 (41 6 1mN·m- 1 对 35 5 2mN·m- 1 ) ,而杨木的极性表面自由能比杉木要高 (3 4 1mN·m- 1 对 0 74mN·m- 1 )。杨木和杉木木材经过不同温度处理后 ,其总表面自由能和非极性表面自由能都随着处理温度的升高而下降 ,而极性自由能则有不同程度的升高。产生此种现象的原因主要为木材表面羟基缔合状态的解除及表面脱羟基作用的综合结果。木材表面 3种主要化学官能团为羟基、烷基和缩醛基 ,在高温处理条件下 ,两种木材羟基对烷基和缩醛基吸收峰面积之比都有所下降 ,说明高温处理过程是一个使木材表面羟基密度减少的过程。木材表面自由能与木材表面化学官能团变化有明显的相关性。     

木材表面非极性化原理的研究 Ⅱ.木材与苯乙烯接枝共聚过程中化学官能团和表面极性的变化

通过对杉木、杨木木材及其主要成分在与苯乙烯接枝共聚反应过程中化学官能团及临界表面张力变化的研究,探讨了木材各化学组成在接枝共聚过程中的反应性能和对木材表面极性的影响。研究表明:木材可与苯乙烯发生接枝共聚反应,反应只在木素和苯乙烯之间进行。木材与苯乙烯接枝共聚可降低木材临界表面张力,即降低木材表面自由能,从而有效地改善木材的极性。     

不同原料生物炭对铵态氮的吸附性能研究

为探讨不同原料生物炭对铵态氮吸附量及吸附机制,以花生壳、玉米秆、杨木屑和竹屑为原料,在500℃下充N_2保护热解制备生物炭,通过电镜扫面图(SEM)与傅立叶红外光谱图(FTIR)表征NH_4~+-N在生物炭表面的吸附特征,结合批量平衡吸附试验,对比研究不同原料生物炭对NH_4~+-N的吸附性能。结果表明:吸附后生物炭表面附着颗粒或粉末物质,孔隙被填充,表面变得较为平坦。四种生物炭表面分布的-OH、-C=O、-C-O,以及花生壳生物炭与玉米秆生物炭表面的-CH_3、-CH_2、-O-参与了吸附;Langmuir方程可以较好地拟合四种生物炭对NH_4~+-N的等温吸附;吸附均在50 min内达到平衡,伪二级动力学方程均可以较好地描述生物炭对NH_4~+-N的动力学吸附过程;在溶液pH=7.00条件下,初始浓度为800 mg·L~(-1)的体系中,四种生物炭对NH_4~+-N的最大吸附量为9.5~15 mg·g~(-1),吸附能力大小为花生壳生物炭玉米秆生物炭竹屑生物炭杨木屑生物炭。研究表明,生物炭表面含氧官能团对吸附NH_4~+-N起到决定性作用,吸附为单分子层吸附,且由快速反应所控制,四种生物炭中吸附性最好的是花生壳生物炭。     

稻壳基活性炭表面改性及其对苯酚的吸附性能

以稻壳为原料,采用磷酸活化法制备活性炭,采用硝酸对稻壳活性炭进行表面改性,探讨了表面改性对稻壳活性炭表面化学性质的影响及其表面化学性质与吸附性能之间的关系.     

NaHCO3前处理对生物炭性质及其磷吸附能力的影响

为探究NaHCO₃前处理对不同种类生物炭性质及其磷吸附能力的影响,借助元素分析、光电子能谱、孔径分析、扫描电镜等手段对比处理前后秸秆、壳核及其他3类生物炭表面特性和孔结构的差异,基于吸附等温线和Freundlich与DubininRadushkevich模型拟合,探讨生物炭性质控制磷吸附的机理。结果表明：NaHCO₃前处理总体提高了各类生物炭的比表面积和孔体积,增幅分别为2.70%~110.84%和1.42%~123.80%,提高其芳香性（C=C）,H/C增幅为5.56%~29.41%,同时降低了极性官能团（C—O和C=O）含量,极性指数〔（O+N）/C〕降幅为13.18%~46.34%。原始生物炭的磷释放量范围为78.33~568.33 mg·kg^-1,NaHCO₃前处理显著增加各类生物炭对磷的吸附,使其表现出近似的磷吸附能力（Freundlich吸附系数K_F范围为119~254 mg^1-n·Lⁿ·kg^-1）,且以物理吸附为主（吸附自由能范围为5.85~7.29 kJ·mol^-1）。生物炭表面特性对其磷吸附能力的影响大于孔结构,其中C O官能团含量是关键因素。研究表明,NaHCO₃前处理通过温和地改变生物炭性质,显著提高其磷吸附能力,是生物炭环境应用的另一种预处理方法。     

亚油酸的拉曼光谱分析

[目的]分析亚油酸的拉曼光谱效应。[方法]分别采用可见（514nm）和紫外（325nm ）激光对亚油酸进行拉曼光谱测定,并对谱线进行初步的指认和分析,得到亚油酸拉曼光谱主要谱峰位置和强度。[结果]结果表明,2种波长激光得到的亚油酸拉曼光谱基本相同,相对而言,514nm激光激发得到的拉曼光谱较好。采用325nm波长紫外激光对样品辐照表明,短时间的325nm紫外光辐照对亚油酸样品没有影响。[结论]该研究结果为采用拉曼光谱分析亚油酸氧化的机理提供试验依据。     

磷酸法活性炭的三聚氰胺表面改性及其电化学性能研究

为了考察磷酸法活性炭作为双电层电容器电极材料的可行性,通过浸渍三聚氰胺后在500、700、900℃下热处理的方法对活性炭进行了表面改性,分别得到改性活性炭AC-N-500、AC-N-700、AC-N-900,考察不同热处理温度对活性炭表面氮元素结合状态的影响,及其对磷酸法活性炭作为双电层电容器电极材料的电化学性能的影响。采用氮气吸附、元素分析、X射线光电子能谱及电化学测试等方法分析表征活性炭的孔隙结构、元素组成、表面官能团存在形式以及电化学性能。结果表明:随着热处理温度的升高,改性活性炭氮元素含量逐渐下降,由AC-N-500的8.49%下降为AC-N-900的4.16%;三聚氰胺改性活性炭比表面积和总孔容明显降低。改性活性炭中氮元素主要以N-6(吡啶型)、N-5(吡咯型)、N-Q(季氮型)、N-X(氮氧型)4种形式存在;随着热处理温度的升高,N-6和N-5型官能团的比例略微减少并部分转变为N-Q。改性活性炭AC-N-700可制备出比电容达203 F/g(扫描电压1 m V/s)的活性炭电极材料,减小电极与电解液间的阻力有利于离子的渗入和电荷的传导,表明磷酸法活性炭具有作为双电层电容器电极材料的潜力。