木质功能材料的创新与应用

什么是木质功能材料 木质功能材料是以天然木质材料为基体,通过表面修饰、复合、界面修饰、接枝共聚等改性手段,将功能体直接复合或者通过介质的作用导入到木材内部,与木材有关成分的分子结构中活性基团发生作用,赋予木材阻燃、隔音、电热、屏蔽等新功能特性的材料,是传统木材的创新和提升.     

白腐菌在木质纤维素降解中的应用进展

木质素由于具有各种生物学稳定的复杂键型而不易被微生物降解,进而阻碍了纤维素的降解利用,而纤维素是重要的能源性物质,同时又是纸浆的主要成分,因此有效利用木质纤维素的关键是木质素的去除。本文总结白腐菌在生物制浆、乙醇制备的预处理、堆肥和饲料的制备方面的应用,概括提高白腐菌利用效率的方法,并对使用白腐菌处理木质纤维素材料进行展望。     

木材海绵研究进展

天然木材制备的木材海绵可替代硅胶海绵、聚氨酯和三聚氰胺等合成高分子基海绵,作为高效吸油剂用于污水净化,并衍生出一系列运用。在去除木质素和半纤维素后,天然木质材料保留了原生的精巧三维分级孔隙结构,从木材直接转化为生物基纤维素骨架,具备高孔隙率、比表面积大、优异机械性能等特性的同时,还保留了木材生物相容性等特点。对木质纤维素骨架进一步改性后得到的木材海绵,在油水分离、能源存储、传感器、穿戴设备等领域具备一定的发展潜力。文中综述目前制备木材海绵的有效方法,包括精巧分级孔隙率的木质纤维素骨架制备和基于该木质纤维素骨架的各类功能性材料开发探索;针对木材海绵的高效制备和功能化,从基础物质、基本性能与工艺流程角度梳理近5年的相关工作,以启发该类先进材料的创制思路;同时,探讨木材海绵功能的先进性,并对其应用前景进行展望。     

木质纤维素间接液化制备二甲醚的研究进展

作为生物质资源中,数量最为丰富的木质纤维素,气化后的"生物合成气"可以被进一步用于合成二甲醚。文章系统地介绍了目前国内外利用生物质气化制备二甲醚的研究状况,对木质纤维素的定向气化、微波裂解气化及气体的重整进行了详细阐述,并比较了木质纤维素合成气一步法合成二甲醚2类典型方法的优劣;最后提出微波裂解气化木质纤维素技术与二甲醚浆态床一步法合成技术相结合制备二甲醚的新思路。     

聚合法制备木基聚苯胺半导体薄木的主要特性

通过对木质单板真空浸渍苯胺单体,然后使其在氧化剂和不同浓度的掺杂剂磷酸的作用下发生原位聚合反应而制备成木基聚苯胺半导体材料,此复合材料既具有聚苯胺的导电性,又具有木质材料的天然特征。光学电镜和扫描电镜显示,聚苯胺均匀地分散在木质基材中。木材的质量增加率和体积膨胀率分别为16.13%和6.21%,而且吸水率显著降低。傅里叶变换红外光谱显示苯胺单体在木质基材中发生了原位聚合反应,而且氨基与木材的羟基发生了接枝反应,与木材基质形成了紧密的界面结合。X-射线衍射分析发现,木质纤维素晶区的晶格并未遭到破坏,而木质纤维素的相对结晶度有所增加。通过改变掺杂剂的浓度,木基聚苯胺复合材料的电导率可达2.57×10-5~9.23×10-3S/cm,完全符合制备电磁屏蔽材料的电导率要求。     

木质纤维素接枝丙烯酸系吸附剂的合成技术研究

在离子液体中,以木质纤维素为基质,分别采用过硫酸铵和氧化--还原体系为引发剂,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,与丙烯酸及丙烯酸丁酯反应,利用接枝聚合合成技术制备了纤维素改性吸附剂。用石蜡为分散相,经反相悬浮技术将接枝物球化。对产物进行了热重分析,并通过接枝率、接枝效率及金属离子吸附量对各个产物进行了对比,结果表明,氧化———还原引发下制得的共聚物吸附效果最佳,且对铜离子吸收最为敏感,最大吸附量可达218.3mg/g。     

木质仿生智能响应材料的研究进展

智能响应材料需具备3个基本要素,即感知、驱动和控制,在全球新材料研究领域中,仿生智能响应材料是目前世界各国技术战略发展中的竞争热点。木材是一种天然且可再生的生物质材料,具有良好的结构和功能特性。作为人类使用最早的材料,木材具有轻质、美观、生物调节等优良特性,是绿色环境人体健康的贡献者。木材的纤维素、半纤维素和木质素构成了木材精妙的微结构同时提供了许多官能团,为木材仿生智能材料的合成奠定了优良的基础。本文简要介绍了木质仿生智能响应材料的研究进展,综述了pH值、气体、光、机械力、湿度、温度和双重/多重刺激响应木质材料的制备、性能与潜在应用;重点介绍并总结了以木质材料为基材的仿生智能响应材料的发展现状。     

热分析技术在木材科学与加工中的应用

热分析技术是在程序温度控制下,测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。木材是天然高分子材料,利用热分析技术可以研究木质纤维素材料及有关化合物的热分解及氧化降解反应,进而获得化学组成、反应动力学参数、燃烧值、以及热稳定性等有关数据。此外对研究木材干燥、纤维素的水份及木质素含量、木质素的玻璃化温度及在木材改性方面亦有着广泛的用途。热分析技术也可以用于研究合成树脂的树脂化反应、固化反应、降解反应,以及评价其胶合性能,从而能快速、简便地为胶粘剂配方和人造板热压工艺参数的选取提供可靠的依据。     

不同微生物处理对木质纤维素降解效果研究

指出了利用微生物降解木质纤维素是资源化利用枇杷枝叶的重要策略。将3种能高效降解纤维素的降解菌(A菌株、B菌株、C菌株)有机组合后进行了滤纸条降解试验,并将其添加进粉碎的枇杷枝叶中发酵。研究结果发现:添加可以明显促进滤纸条降解,堆体材料中纤维素含量也明显下降(下降22.40%-40.22%),以ABC复合菌团降解纤维素含量效果最为显著。电镜观察显示,添加ABC复合菌团10d后,纤维素维管已经被打断,分解纤维素的能力明显优于其它处理。     

甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝纤维的合成及其吸油特性

采用Fe2+-H2O2二氧化硫脲(TD)氧化还原体系引发甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与桉树漂白木浆接枝共聚,并通过交联制得吸油功能材料——GMA接枝纤维.研究了各因素对接枝纤维接枝率及吸油率的影响红外图谱证明GMA已成功接枝到纤维素上.结果表明:当反应温度55℃,单体浓度0.14 mol/L,H2O2质量浓度0.20...     

保水剂在沙漠化地区造林绿化中的应用

保水剂是一种高吸水性树脂,可吸收自身重量的数百倍至上千倍的纯水,并且这些被贮存在保水剂中的水分可以为各种植物根系直接吸收,这一特性决定了保水剂在沙漠化地区造林绿化中的应用前景。 保水剂因原料和合成方法的不同而分为淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物和丙烯酰胺—丙烯酸盐共聚交联物两类。丙烯酸盐聚合交联物吸水能力和速率最强,但耐盐和稳定性较差,寿命短。淀粉是天然高分子,便宜、易于降解,其吸水能力较聚丙烯酸盐差。     

预处理纤维素超分子结构变化机制研究进展

木质纤维生物质高值转化生产清洁能源、生物基化学品和功能材料是可再生能源领域的研究热点.纤维素是木质纤维生物质的主要成分,其高效利用是生物炼制的重点.然而,纤维素的生物转化面临分子链有序组装与结晶而成的超分子结构、微纤丝聚集形成的多尺度网络结构及其与木质素、半纤维素的多种化学交联共同形成的木质纤维素抗降解屏障,阻碍了其产...     

过氧化氢预处理强化木质纤维原料酶水解研究进展

在木质纤维素的生物降解和转化过程中,木质纤维素的复杂结构和木质素组分限制了碳水化合物的高效酶水解。过氧化氢预处理可以通过破坏木质纤维素的物理化学结构并氧化降解部分木质素,从而改善原料的酶水解效率。过氧化氢预处理主要有过氧化氢-酸、过氧化氢-碱、活化过氧化氢这3类预处理方法。笔者主要归纳了不同预处理过程中的木质素降解机理,总结了过氧化氢预处理强化木质纤维原料酶水解的效果,探讨了预处理对木质纤维原料降解产物的影响,评价了各类过氧化氢预处理的可行性和优缺点。最后,根据过氧化氢预处理的特点分析了过氧化氢预处理的研究策略,展望了过氧化氢预处理的发展趋势。从安全性和经济可行性的角度来看,低试剂用量、低温和低压的预处理条件是未来过氧化氢预处理的主要研究方向。     

纤维素超临界水水解技术研究进展

木质纤维素作为天然可再生资源,以其水解糖化技术的可行性和水解产物的重要性而受到人们的广泛关注。纤维素超临界水水解技术是绿色新型水解技术之一,具有反应快、转化率高等特点。分析了纤维素在超临界水中的水解反应机理和产物种类,总结了纤维素结晶形态、水解温度、水解压力、反应时间以及催化剂等因素对纤维素超临界水水解的影响,介绍了超临界水水解技术在生物质资源化中的应用,对生物质能源的开发研究有一定的借鉴意义。     

点击化学在木质纤维素化学修饰中的研究现状

化学修饰可改善木质纤维素和聚合物基质的相容性且使其具有特定功能。点击化学作为化学修饰的一种重要方法,是由2001年诺贝尔化学奖获得者Sharpless首次提出的,主要包括铜催化叠氮-炔基环加成反应(CuAAC)、环张力催化叠氮-炔基环加成反应(SPAAC)、巯基-烯/炔点击反应(Thiol-Ene/Yne)和狄尔斯-阿尔德尔环加成反应(Diels-Alder)等反应类型。相比传统接枝修饰方法,点击化学具有反应条件温和、环境污染小、副反应少、分离提纯简单、产量和效率高等优点,在木质纤维素的化学修饰方面已有相关应用。在点击反应方法方面,CuAAC反应是一种最普遍的点击反应类型,也是对木质纤维素化学修饰应用最多的一类反应;但CuAAC反应后催化剂很难移除,在一定程度上限定了反应后产品的用途,将Cu(I)通过共价键结合在纳米纤维素气凝胶的表面能使点击反应中的铜有效回收。相比CuAAC反应,Thiol-Ene/Yne反应不需要有毒的铜作为催化剂。点击化学在纤维素的研究方面,将纤维素自身或与聚合物进行点击反应能制备水凝胶和片状纳米纤维素凝胶;此外,荧光标记的纤维素材料能证明点击反应的发生,通过2种点击反应能制备多色荧光标记的纳米纤维素材料。点击化学在半纤维素和木质素的研究方面,木聚糖通过与聚乳酸进行点击反应形成共聚物,能降低玻璃化转变温度,提高热分解温度。通过CuAAC反应能形成苯三唑连接高产率的邻位木糖苷和木二糖苷。木质素和聚苯乙烯通过点击反应能制备一种热塑性聚合物。此外,通过生物正交点击化学能描述活体植物细胞壁的木质化过程。点击化学在木质纤维素上的应用还没有深入研究,扩大点击化学在木质纤维素上的应用范围仍然需要进一步探索。由于点击反应的条件比较温和,很多反应都能在室温下进行,非常有利于在生物医用材料领域的研究,并且纤维素和半纤维素等多糖又具有良好的生物相容性,为纤维素和半纤维素在生物领域的应用创造了有利条件。此外,由于铜催化的毒性作用,无铜催化的点击反应可能会作为一个重要发展方向,像环张力催化叠氮-炔基环加成反应、Diels-Alder反应和Thiol-Ene/Yne反应。     

木质素在高分子领域中的应用

木质素作为植物中蕴藏量仅次于纤维素的高聚物，是一种廉价易得、储量丰富、环境友好的可再生天然资源。但至今仍没有被充分利用。本文回顾了国内外木质素在高分子领域应用的一些探索性研究。主要介绍木质素制备木质素酚醛树脂胶粘剂、合成聚氨酯、与环氧化合物聚合以及与烯类单体接枝共聚等研究进展。这些研究虽然取得一些成果，但要把木质素作为高分子工业的基本原料之一加以利用尚有较大距离。人们越来越认识到，设法降低木质素分子的多分散性和提高反应活性可能是取得重大进展的关键所在。     

桐油氧化引发苯乙烯-桐油共聚物合成与降解的研究

利用桐油在空气中氧化自聚的特性,不但引发自身的聚合,还带动与苯乙烯的共聚,合成了天然产物与人工单体的共聚物。采用现代分析手段对产物结构进行了表征,探讨了这种特殊的自由基聚合反应机理。此外,还对产物的降解性能进行了研究。结果表明:桐油在空气中氧的作用下,产生过氧化物(1,4-环过氧化或过氧化氢),然后引发桐油-苯乙烯共聚。加聚方式主要以1,4加成为主。共聚物具有潜在的降解性能,而且桐油与苯乙烯的质量比为1∶3~1∶4时的降解性能较佳。综合降解和合成两方面因素,质量比1∶4时最好。     

纤维素酶催化水解和氧化机制的研究进展

人类对纤维素的开发与利用还非常有限,未能完全搞清天然纤维素的生物降解机制是其一个重要原因.自从C1-Cx假说提出以来,又有较多的降解理论出现对其改进,纤维素酶水解机制不能完全解释天然纤维素的降解,大量文献证实天然纤维素降解存在氧化机制.本文主要介绍水解与氧化机制中具代表性酶协同降解模型、纤维二糖水解酶(CBH)协同作用假说、羟基自由基的氧化机制和纤维二糖脱氢酶途径等不同降解理论,将水解和氧化两种机制结合起来给出其降解途径,也许能够较为容易理解纤维素的降解具体过程.     

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。     

不同热预处理对栎木木质纤维素降解的影响

【目的】为破坏木质生物质天然抗降解屏障,促进木质生物质高效转化利用,筛选出适宜的热预处理方式。【方法】以栎木为研究对象,利用质量法/体积法、范式抽提法对高温蒸汽处理、固态汽爆处理和挤压膨化处理栎木的物理性质、木质纤维素含量进行测定,采用傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射法对其木质官能团和纤维素相对结晶度进行分析。【结果】挤压膨化处理可显著改变栎木的形貌,持水力和比孔隙率分别为对照的3.2倍和4.71倍,容重降低至对照的1/4。各热预处理均可显著降低栎木木质纤维素含量,挤压膨化处理后木质纤维素含量显著下降,纤维素、半纤维素和木质素含量分别比对照组降低了22.60%、15.85%和7.9%。傅里叶变换红外光谱显示,各热预处理栎木均具有木质特征官能团,挤压膨化处理I₈₉₈/I_{1 509}比值显著增大,说明纤维素被富集。经不同热预处理后栎木仍具有典型的纤维素X-射线衍射特征,晶体结构峰形未发生改变,但强度不同程度变弱;相对结晶度不同程度增大,固态汽爆处理和挤压膨化处理后相对结晶度显著升高,表明结晶区的纤维素被更多地暴露出来。【结论】挤压膨化处理可显著改变...