羟甲基交联碱木质素锰肥的锰离子缓释动力学研究

为改善中国北方土壤缺锰的问题,该文以麦草碱木质素为原料制备了羟甲基碱木质素（HMAL）;以物理混合的方式添加硫酸锰,以甲醛、尿素作为交联剂使HMAL发生缩合交联制备了羟甲基交联碱木质素锰肥（CHMAL-Mn）。CHMAL-Mn肥产率为93.7%,CHMAL-Mn肥的锰离子的饱和负载量为48 mg/g;其红外光谱表明甲醛成功交联羟甲基碱木质。以7种常见动力学和概率分布的数学模型对CHMAL-Mn肥的锰离子累积释放率的动力学试验数据的进行拟合,以R2、均方误差(e)、精确因子(Af)和偏差因子(Bf)的算数平均值比较模型拟合有效性。结果表明：对CHMAL-Mn肥的锰离子累积释放率的动力学试验数据拟合性最好的模型是Ritger-Peppa模型,其R2、e、Af和Bf的平均值分别为0.9443、0.0083、0.0223和0.0003。当CHMAL-Mn肥的锰负载量为12 mg/g时,拟合模型的缓释指数n<0.45,锰离子缓释行为以Fick扩散为主。当CHMAL-Mn肥的锰负载量大于24 mg/g时,拟合模型的缓释指数0.45≤n≤0.89,缓释机理为非Fick扩散与骨架溶蚀协同作用。当CHMAL-Mn肥的锰负载量达到饱和值48 mg/g时,拟合模型的缓释指数n为0.811,该模型预测CHMAL-Mn肥对锰离子累积缓释率的极大值为79.28%,预测缓释时间为95.92 h;模型拟合准确率为96.57%。该研究为可大幅提高碱木质对肥料锰肥的负载量,为碱木质素的综合利用和促进碱木质素在现代农业可降解缓/控释载体领域的应用提供了参考。     

褐腐杨木微观结构、力学性能与化学成分的关系研究

为了探究褐腐对阔叶材主要材性的影响规律,对杨木边材试件进行室内褐腐培养,为期12周,每周抽样分别测试健康和腐朽木材的微观结构、力学性能及化学成分,并分析其随褐腐程度的变化情况,研究力学性能和化学成分之间的关系。结果表明:随褐腐程度的加深,木材细胞腔内的菌丝越来越多,纹孔膜和纹孔边缘的细胞壁分别于质量损失率为10%、16%时出现开裂;质量损失率为24%时,细胞壁严重溃烂。褐腐培养时间和质量损失率都对力学性能影响极显著;冲击韧性和抗弯强度的损失率随褐腐程度呈对数函数变化趋势,抗弯弹性模量和顺纹抗压强度的损失率呈线性变化趋势。各力学指标对褐腐的响应速度以及受褐腐影响的程度均呈如下规律:冲击韧性抗弯强度抗弯弹性模量顺纹抗压强度。不同褐腐程度试样中的综纤维素、半纤维素以及抽出物含量差异极显著,纤维素和木质素差异不显著。腐朽过程中褐腐菌最先主要降解半纤维素,质量损失率为20%左右时,转为以分解纤维素为主。冲击韧性的快速显著降低与半纤维素的降解有关,抗弯强度的变化与综纤维素含量有关,抗弯弹性模量和顺纹抗压强度的线性降低是由纤维素的缓慢降解决定的。总之,在褐腐过程中,木材微观水平上化学成分的降解和细胞壁结构的破坏从根本上导致了宏观力学性能的降低。      

SO_4~(2-)/ZrO_2固体超强酸催化碱木质素氢还原反应

采用浸渍-焙烧法制备SO2-4/ZrO2固体酸催化剂,通过XRD、FT-IR、SEM和Hammett指示剂法对固体酸的结构和酸强度进行表征。考察不同条件制备的SO2-4/ZrO2固体酸催化剂,在不同反应条件下对碱木质素氢还原反应的催化作用,并用化学法对反应前后碱木质素官能团进行定量测定。结果表明,硫酸浸渍浓度为1 mol/L,550℃焙烧3.5 h制备的SO2-4/ZrO2固体超强酸对碱木质素氢还原反应具有较高的催化活性,在催化剂添加量5%,反应温度100℃,时间4 h,氢气压力3 MPa时,反应后碱木质素总羟基、酚羟基和醇羟基分别为9.34%、3.28%和6.06%,较反应前分别增加55.15%、13.89%和93.00%;木质素的苯环结构稳定,活性官能团含量增加,反应活性提高。     

HNO_3-H_2O_2两步法制备Pd/C催化剂及其对木质素改性的催化作用

以HNO3-H2O2处理活性炭载体,以甲醛为还原剂,采用浸渍法制备了Pd/C催化剂,对催化体系进行表征,考察其对碱木质素改性的催化作用,并对木质素抗氧化性能进行研究。研究结果表明,用硝酸预处理,H2O2进行活化后,活性炭羧基含量1.31 mmol/g,较原料提高了5倍;通过原子吸收光谱(AAS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行表征,AAS表明Pd负载量为2.9%,SEM照片显示Pd呈圆球状均匀分布在载体表面;XRD和XPS数据分析表明催化体系中Pd以面心立方结构形式存在,主要为还原态Pd说明还原态Pd是催化的主要物种。反应后碱木质素总羟基、酚羟基和醇羟基分别提高了158.74%,4.21%和255.96%;凝胶渗透色谱(GPC)分析结果显示,反应后碱木质素重均相对分子质量(Mw)增大,数均相对分子质量(Mn)降低,分散度降低;抗氧化能力研究结果显示,反应后木质素的抗氧化性能有所提高,随着浓度增大,抗氧化能力提高,但均低于相同浓度条件下2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)的抗氧化能力。     

原位聚合法制备可降解纤维基地膜及机理分析

为提高农作物秸秆综合利用率，通过原位聚合法，以水稻秸秆作为纤维原料制备陇上覆盖方式的功能型可降解地膜。结果表明，改性后，秸秆纤维基地膜的干抗张力等物理力学性能得到提高。X射线衍射结果显示，改性后秸秆纤维基地膜的相对结晶度从38.11%提升到64.42%，说明功能型助剂可渗透到纤维素的无定形区内，使无定形区的微纤丝向结晶区靠拢引起细胞壁纤维素微纤丝结晶区的宽度增加。改性后秸秆纤维基地膜的接触角从95.35°提高到121.03°，表明改性后地膜的抗水性能提高，能较好的适应户外陇上覆盖要求。TG结果表明，改性后地膜的热稳定性能得到提高。FTIR谱图显示改性剂中的功能性基团与地膜中的纤维结构发生了化学交联反应。XPS结果表明，改性后的秸秆纤维基地膜氧与碳的原子浓度比增加，说明改性剂与地膜纤维发生化学交联反应从而含氧官能团增加。SEM-EDXA结果表明改性剂较好的分布在秸秆纤维基地膜中，有利于纤维的交联。烟草覆盖试验表明，秸秆纤维基地膜提高了烟草种植整体水平。因此，功能型秸秆纤维基地膜能未来可应用于烟草、大蒜、西红柿和水稻等高经济附加值作物，为农作物秸秆综合利用提供新的方向。     

SO2-4/ZrO2固体超强酸催化碱木质素氢还原反应

采用浸渍-焙烧法制备SO2-4/ZrO2固体酸催化剂,通过XRD、FT-IR、SEM和Hammett指示剂法对固体酸的结构和酸强度进行表征。考察不同条件制备的SO2-4/ZrO2固体酸催化剂,在不同反应条件下对碱木质素氢还原反应的催化作用,并用化学法对反应前后碱木质素官能团进行定量测定。结果表明,硫酸浸渍浓度为1 mol/L,550℃焙烧3.5 h制备的SO2-4/ZrO2固体超强酸对碱木质素氢还原反应具有较高的催化活性,在催化剂添加量5%,反应温度100℃,时间4 h,氢气压力3 MPa时,反应后碱木质素总羟基、酚羟基和醇羟基分别为9.34%、3.28%和6.06%,较反应前分别增加55.15%、13.89%和93．00%;木质素的苯环结构稳定,活性官能团含量增加,反应活性提高。