抗冻大豆蛋白基凝胶电解质的制备及应用

以大豆蛋白(SPI)、丙烯酰胺(AAm)和ZnCl₂为原料，热引发聚合制备了一种具备抗冻特性的大豆蛋白基凝胶电解质材料，探究了温度对材料离子电导率和力学性能的影响，并分析了其作用机制。研究结果表明：该凝胶电解质具有优异的抗冻性能，其中ZnCl₂的引入形成了大量Zn²⁺的溶剂化结构，破坏了水分子间的氢键，降低了凝胶电解质的凝固点；凝胶基体和盐离子的协同作用赋予了凝胶电解质高压缩回弹性和耐疲劳强度。对凝胶电解质的低温离子电导率分析表明：ZnCl₂≥5 mol/kg,凝胶电解质在-30℃的低温下离子电导率仍有3.65×10^-3 S/cm。对凝胶电解质的低温力学性能分析发现：凝胶电解质在-30℃下经历应变为80%的100次压缩循环后仍能保持结构完整，应力保持率>85%,塑性变形率为15%。同时，利用凝胶电解质组装的电化学电容器表现出良好的耐低温性能，电流密度5 A/g下，器件在-30℃下仍能够正常工作，其电容保持率达83.2%,在-30℃下经历10 000次循环充放电电容保持率达...     

大豆蛋白水凝胶电解质的制备及在固态超级电容器中的应用

以大豆蛋白(SPI)和丙烯酰胺(AAm)为原料,过硫酸铵(APS)为引发剂,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,氯化锂为电解质盐,N,N,N,N′-四亚甲基乙二胺(TEMED)为促进剂制备得到大豆蛋白水凝胶电解质,探究了其力学性能以及组装成超级电容器后的电化学性能。研究结果表明:制得的大豆蛋白水凝胶电解质具有优异的弹性以及耐疲劳性能,这是由于SPI纳米颗粒通过塑性变形及相互摩擦耗散外力,聚丙烯酰胺网络维持结构完整。在经历80%的压缩应变循环100次后,应力保持率始终在100%以上,塑性变形率低于7%,能量损耗系数小于0.2。另外,该水凝胶电解质具有较高的离子电导率,可与聚吡咯/碳纳米管(PPy/CNTs)纸复合电极组装成固态超级电容器。当水凝胶电解质的含水率由60%增加到90%,经GCD方法计算得到固态超级电容器的比电容由58 F/g增加到83 F/g;在1.2 A/g的电流密度下,固态超级电容器的能量密度为3.95～6.86 W·h/kg,功率密度为206.69～226.99 W/kg,与已报道的超级电容器的能量密度和功率密度进行比较,均表现出高能量密度和高功率密度优势,...     

具有抗冻特性的水凝胶电解质的制备及其在固态超级电容器中的应用

以大豆蛋白(SPI)、聚乙烯醇(PVA)和丙烯酰胺(AAm)为原料,过硫酸铵(APS)为引发剂,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,氯化锂为电解质盐,N,N,N',N'-四甲基乙二胺(TEMED)为促进剂制备得到具有抗冻特性的SPI-PVA-PAAm/LiCl水凝胶电解质,在低温条件下,探究了其力学性能以及...     

水蒸气活化制备超级电容器木质活性炭的研究

为了制备价格低廉、性能优良的超级电容器活性炭,以马尾松为原料,采用常规的水蒸气活化法制备了超级电容器木质活性炭。采用元素分析,N2吸附/脱附等手段分析了活性炭的元素含量和孔隙结构;采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等方法,分析了活性炭电极在以1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/乙腈为电解质溶液的超级电容器中的电化学性能,考察了活化温度、活化时间对木质活性炭电化学性能的影响规律。结果表明:随着活化温度的升高,活性炭的比电容量先增后降;随着活化时间的延长,活性炭的比电容量也呈现先增后降的变化趋势。在炭化温度900℃、活化温度900℃和活化时间1 h的条件下制得的活性炭比表面积高达1 647 m~2/g,总孔容积1.00 cm3/g;在5 m V/s的扫描速率下活性炭电极的比电容量最高,达到155 F/g,且倍率性能和循环稳定性良好,循环5 000次后比电容量保持率89%;其在有机电解液中的能量密度高达33.6(W·h)/kg。     

NiCo2S4/木材液化物碳气凝胶复合材料的制备及电化学性能

以木材液化物为前驱体原料,经凝胶、碳化、活化法制备的碳气凝胶(CA)为基材,通过两步水热法在其骨架表面原位负载NiCo₂S₄得到NiCo₂S₄/木材液化物碳气凝胶(NiCo₂S₄-CA)复合电极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附实验、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段来表征NiCo₂S₄-CA材料的物相结构和表面形貌,通过循环伏安法、恒电流充放电及电化学交流阻抗等测试方法研究其电化学性能,探究其电荷储存机理。结果表明：NiCo₂S₄纳米颗粒锚定在具有珊瑚网络结构的CA骨架表面,形成丰富的多级孔隙结构。CA的引入有利于NiCo₂S₄的良好分散,缓解其团聚问题,且不会改变NiCo₂S₄的晶体结构。NiCo₂     

氮磷掺杂生物质介孔炭的合成及其电化学性能

以桉木木质纤维素作原料，六对羧基苯氧基环三磷腈(HCPCP)作为氮磷掺杂剂，NaOH作为共活化剂，采用先炭化后活化制备了木质纤维素基氮磷掺杂介孔炭(NPC)材料，采用SEM、XRD、XPS和拉曼光谱等方法对介孔炭材料进行表征。研究结果表明：活化温度650℃下得到的样品(NPC-650)具有丰富的蜂窝状孔隙结构，平均孔径为5.18 nm,介孔体积比89%。用介孔炭NPC-650作为阴极材料组装成锌离子混合电容器，在0.2 A/g电流密度下比电容为194 F/g,能量密度为87.3(W·h)/kg,功率密度为179.5 W/kg,在10 A/g电流密度下充/放电5 000次，电容保持率98.9%。     

具有纳米结构的木材气凝胶基电极的制备及其电化学性能

超级电容器作为清洁可持续的储能设备,其电化学性能主要由电极材料决定,因此电极材料逐渐成为当前储能领域的研究热点。木材因其天然的多尺度微/纳米孔隙结构以及可再生、可生物降解等特点,逐渐被用于电极材料的研究。以巴沙木为基材,首先采用脱木素联合TEMPO氧化法将木材细胞壁分离具有纳米网络结构的木材气凝胶(TDW),然后将纳米纤维素分散的碳纳米管(CNT)悬浮液通过满细胞法浸渍到木材气凝胶中,冷冻干燥后在导管孔和细胞间隙中形成了连续的碳纳米管导电网络结构,最后进行聚吡咯(PPy)原位聚合,在细胞壁和导管孔中构建成具有纳米导电网络结构的TDW/CNT/PPy复合电极。电化学性能测试显示,由于在TDW的宏观孔隙中导电网络的构建,TDW/CNT/PPy的电化学性能明显优于TDW/PPy电极,而且随着碳纳米管比例的增加而增强,其中,TDW/CNT-2/PPy在1.0 mA/cm²扫描速率下的比电容达到389 F/g、面电容为10.5 F/cm²,而且在10 mA/cm²扫描速率下经过10 000次循环后的电容保持率为95.1%。本研究通...     

N,P共掺杂香蒲基炭气凝胶的制备、表征及其电化学性能

以香蒲花序为原料,NH₄H₂PO₄为掺杂剂,经酸性NaClO₂预处理、超声波细胞破碎处理、冷冻干燥、高温炭化制备N、P共掺杂香蒲基炭气凝胶(NPCA)。采用SEM、N₂吸附/脱附、XRD、XPS对NPCA的形貌、孔隙结构、晶相结构、表面化学组成进行表征,系统研究了掺杂量和炭化温度对NPCA电化学性能的影响。研究结果表明：NPCA是由无定形炭组成的三维网状立体结构;NPCA表面氮元素以吡啶氮(N-6)、吡咯氮(N-5)、石墨化氮(N-Q)和氧化氮(N-X)的形式存在,磷元素以P—O和P—C的形式存在。NH₄H₂PO₄的掺杂量和炭化温度影响NPCA的孔隙结构及表面化学结构。NPAC的较佳制备条件为：香蒲纤维素与NH₄H₂PO₄的质量比为1∶2,炭化温度800℃。此条件下制备的NPAC-2-800具有丰富的孔隙结构和表面官能团,比表面积为599.88 m...     

木质纤维素基复合碳气凝胶的制备及其电化学性能

以纤维素纳米纤丝和多壁碳纳米管为主要原料,采用一步水热法、冰模板法冷冻干燥以及高温煅烧法,成功制得具有多级连通类木材管胞状孔结构的氮掺杂碳点的复合衍生碳气凝胶,并对其微观形貌、化学结构、比表面积和孔隙度进行表征。通过循环伏安测试、恒电流充放电测试、交流阻抗测试和长循环测试等电化学表征手段分析其电化学性能。结果表明：碳气凝胶表面经高温煅烧得到大量氮、氧杂原子掺杂的碳微颗粒和碳微绒毛,提高了碳气凝胶的缺陷态结构含量和比表面积,其比表面积可达377.9 m²/g;在三电极测试体系下,比电容可达121.8 F/g(测试电流密度为0.2 A/g,电压窗口为-0.2～0.8 V);在2 A/g的电流密度下,进行5 000次充放电循环后,电容保持率可达131.7%。衍生碳气凝胶独特的微观形貌和高比表面积,为能量存储提供了更快速和便捷的电子/离子传输通道、优异的导电性和更高的比容量,为超级电容器等储能器件电极材料的设计提供了木基生物质资源利用的新思路。     

喷施壳聚糖对核桃抗冻性的影响

通过对核桃枝条短期低温胁迫研究,探讨低温胁迫条件下核桃枝条内的生化代谢过程与树体抗冻能力之间的关系。通过对离体香玲核桃枝条以—2、0、4℃低温处理,并在处理后不同时间测定相关酶活性与抗冻蛋白含量,分析低温胁迫后树体抗冻相关酶活性和蛋白含量。研究结果发现,在—2⁴℃的低温胁迫均能够显著提高核桃枝条内SOD、CAT、POD酶的活性,同时脯氨酸的含量在04℃的低温胁迫均能够显著提高核桃枝条内SOD、CAT、POD酶的活性,同时脯氨酸的含量在0⁴℃的低温胁迫下也有显著增加。说明SOD、CAT、POD和脯氨酸参与了核桃树体的抗冻反应。     

KOH共热法和水热活化法制备多孔竹活性炭的比较

我国竹材资源丰富,以竹废料为原料,制备可用于超级电容器电极材料的竹活性炭,有助于推动竹产业发展,助力国家“双碳”目标实现。在本研究中,分别采用KOH共热和水热处理对竹粉进行活化,并对制备的竹活性炭进行电化学性能、比表面积、表面微观形貌等测试。实验结果表明,KOH共热活化法的最佳条件为炭化温度350℃,活化温度900℃,升温速率2℃/min,碱炭质量比4∶1;制备的活性炭比表面积为3 299 m²/g, 0.5 A/g电流密度下的比电容为287.8 F/g, 5 000次充放电测试后,电容保持率为95%～105%。水热活化法的最佳条件为KOH质量分数20%,反应温度150℃,反应时间12 h,制备的活性炭比表面积为192.91 m²/g, 0.5 A/g电流密度下的比电容为170.4 F/g,电容保持率为88.89%。2种方法制备的活性炭孔径结构都是以微孔为主,中孔混合分布,含有少量大孔;2种活性炭均含有双层或多层石墨烯结构,但水热活化法制备的活性炭石墨化程度更高,制备条件更温和。研究结果既可为超级电容器用活性炭的研究提供了理论思路,也有效地扩...     

木质纤维吸油气凝胶的制备及性能

大豆秸秆粉末经乙二胺(EDA)润胀消晶后溶解在LiCl/DMSO中,与甲基丙烯酸甲酯(MMA)及丙烯酸丁酯(BA)在交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和引发剂偶氮二异丁氰(AIBN)作用下反应,制得具有半互穿聚合网络木质纤维疏水吸油气凝胶,并利用FT-IR、SEM、流变仪和光学接触角等手段表征凝胶相关性能。研究发现:制得的气凝胶同时含有单体聚合交联网络和木质纤维链段,有明显的多孔三维网络结构,且具有良好的疏水吸油性能。可通过调节木质纤维与单体比例调控凝胶网络结构和疏水吸油性能。当木质纤维与单体比例为1∶4时,气凝胶结构最为疏松,孔隙增大,吸油性能最佳,其吸油量可达10.61 g/g(二甲苯)和7.41 g/g(食用油)。     

杨木灰的熔融特性及其影响因素分析

通过马弗炉灼烧实验考察了成灰温度对杨木灰表观形貌的影响,采用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析等方法对比分析了不同成灰温度(600、 800、 1 000℃)下制得的杨木灰的理化特性;采用灰熔点测试仪测试了杨木灰的熔融特征温度,揭示了杨木灰熔融特征温度与成灰温度和停留时间的关系。将成灰温度800℃、停留时间2 h的杨木灰处理至变形温度(DT)状态,分析熔融过程中杨木灰的理化特性,进一步研究杨木灰的熔融性能。结果表明：在停留时间为2 h的条件下,成灰温度为600℃时,杨木灰的主要矿物晶相为K₂SO₄、KCl、SiO₂、K₂Ca₂(SO₄)₃、Na₂Si₂O₅等;成灰温度为800℃时,杨木灰的主要矿物晶相为MgSiO₃、Na₂Si₂O₅、Na₆Mg(SO₄     

立竹密度调控对雷竹林下黄精生长及药用价值的影响

为优化雷竹-黄精复合经营中的立竹密度，以粗放经营的雷竹林为试验区域，设置3种立竹密度，D₁(6 000～9 000株·hm^-2)、D₂(9 000～12 000株·hm^-2)和D₃(12 000～15 000株·hm^-2)，分析了三种立竹密度对黄精的生长发育、生物量积累以及块茎药用价值的影响。研究结果表明：3种立竹密度对黄精的株高、地径、生物量、叶绿素含量以及叶片相对性状均产生了不同程度的影响。在D₁密度下，黄精地上部和地下部生物量最大，叶片干物质含量最高，地上及地下部折干率最高；另一方面，3种立竹密度下，黄精总多糖含量和黄精总皂苷含量无显著差异。这项研究阐明立竹密度是影响雷竹林下黄精生长的重要因素，雷竹-黄精复合经营适宜的立竹密度为6 000～9 000株·hm^-2。     

氧化-超声波除钾对活性炭材料电化学性能的影响

以毛竹炭化料为原料,经KOH活化、盐酸溶液洗涤,制得活性炭样品AC1。采用H2O2氧化-超声波法对活性炭AC1进行深度除钾,考察了不同条件对活性炭中K+含量的影响,并通过N2吸附-脱附等温线、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法对活性炭的孔结构及电化学性能进行了表征。结果表明:在H2O2质量分数为0.6%,超声波处理温度为60℃,超声波处理时间为8 h条件下,处理后的活性炭AC2的K+仅为52 mg/kg,比表面积达3 156 m2/g,总孔容积1.625 cm3/g,中孔率79.8%,平均孔径2.208 nm。活性炭AC2用作电极材料时比电容达297 F/g,相比AC1提高28%,经3 000次循环后,电容保持率为95%,比AC1提高6个百分点,具有优异的电化学性能。     

木质素交联共聚的抗紫外抗菌导电水凝胶及其压力传感性能

木质素作为植物中第二丰富的大分子,具有廉价易得、环境友好、生物相容性好、抗紫外和抗氧化等优异的特性。但是木质素作为造纸工业的副产品通常被当作废物丢弃或低值燃料处理,大大降低了木质素的利用价值,而利用木质素开发具有抗紫外、抗菌和导电特性的水凝胶却具有重要的研究价值。利用烯丙基缩水甘油醚将木质素进行醚化反应引入双键,合成可交联共聚的3-烯丙氧基-2-羟基丙基木质素(Lignin_AHP),再将Lignin_AHP与丙烯酸(AA)和两性离子单体甲基丙烯酸磺基甜菜碱(SBMA)进行交联共聚,构筑了具有抗氧化、抗紫外和抗菌性能的P(AA-co-Lignin_AHP-co-SBMA)水凝胶。研究了水凝胶的形貌、黏附性、导电性、抗紫外、抗氧化、抗菌等性能,探讨了其压力传感性能。研究表明,水凝胶的溶胀率随着SBMA含量的增加而提高,可达到360%;SBMA含量为2.24%质量分数水凝胶的压缩应力强度达到1.45 MPa,对木材的胶黏强度可达到3.5 MPa; SBMA含量为3.68%质量分数水凝胶的导电率达到22.5×10^-4     

两性纤维素基吸附剂的制备及其对水体中氮磷污染物的去除

以纤维素为原料，以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(METAC)、丙烯酰胺(AM)、 2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)为单体，过硫酸钾为引发剂，通过一步自由基聚合法制备得到两性纤维素基共聚物(CO-AC)吸附剂。采用元素分析仪、红外光谱(FT-IR)仪对CO-AC的结构与性能进行了表征，发现季胺基、酰胺基和磺酸基等活性基团成功被引入到纤维素分子链中。以CO-AC对NH⁺₄和H₂PO^-₄的去除率和平衡吸附量为考核指标，对吸附条件进行了优化，探讨了不同因素对吸附效果的影响。研究结果表明：当纤维素葡萄糖单元与AMPS、AM和METAC的物质的量之比为1∶2∶3∶3时，制备的吸附剂吸附效果最佳。在50 mL质量浓度为150 mg/L的NH⁺₄和H₂PO^-₄溶液中，当CO-AC添加量为100 mg, pH值为7时，对NH⁺₄     

单宁和纳米SiO2改性大豆基胶黏剂的制备及其性能

为制备无甲醛的环保型生物基木材胶黏剂,以单宁和纳米SiO₂改性脱脂豆粉制备大豆基胶黏剂（DSF）,并分析了改性大豆基胶黏剂的性能。研究结果显示：单宁和纳米SiO₂二元复合改性大豆基胶黏剂（DSF-T-SiO₂）在固化过程中能够形成稳定的交联结构;TG分析表明单宁和SiO₂改性显著提高了胶黏剂的热稳定性;单宁改性大豆基胶黏剂（DSF-T）可提高干态和湿态胶合性能,纳米SiO₂改性大豆基胶黏剂（DSF-SiO₂）的干态胶合性能略有提高,但湿态胶合性能无明显改善。经分析以25 g脱脂豆粉、 5 g单宁、 0.1 g纳米SiO₂和70 g去离子水混合均匀搅拌得到的改性胶黏剂DSF-T-SiO₂-2的起始黏度比未改性的DSF降低了79.58%;DSF-T-SiO₂-2的固化胶层水溶解率为（27.5±0.05）%,比对照组DSF下降了28.4个百分点。此外,DSF-T-SiO₂-2...     

3D层状木基微压传感器的制备及性能

【目的】将去除木质素、半纤维素组分的木材作为传感器骨架材料,研究其与导电聚合物的含固比对压力传感器感测性能的影响,为开发基于绿色天然材料的低成本、高性能传感器提供新思路。【方法】以轻木为原料,通过NaClO₂、NaOH溶液两步法选择性地从细胞壁中去除木质素和半纤维素组分,应用冷冻干燥技术制备木基气凝胶并将其作为传感器骨架材料;采用浸渍法将气凝胶骨架浸入导电聚合物聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)和偶联剂3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷(GOPS)混合溶液中,经冷冻干燥后低温加热使三者交联,制备3D层状木基微压传感器;对3D层状木基微压传感器进行结构形态表征和电学、感测性能测试,探讨木基气凝胶骨架与PEDOT∶PSS含固比对压力传感器感测性能的影响。【结果】木基气凝胶骨架结构机械可压缩性好、高度多孔、具有特殊分层结构,有利于PEDOT∶PSS和GOPS混合溶液吸附,CPG-0.25、CPG-0.5、CPG-0.75的电导率分别为0.02、0.15和3.04 mS·cm^-1,最大压缩应变分别为72%、62%和...     

pH敏感型葡萄糖基水凝胶的制备及溶胀性能测试

以葡萄糖为模板化合物,利用甲基丙烯酸缩水甘油醚对其改性后与丙烯酸、丙烯酰胺进行共聚反应,再经冷冻干燥,制备了具有pH值敏感特性的葡聚糖基水凝胶,并表征了其结构,优化了制备条件。结果表明:最佳条件为葡萄糖/丙烯酸/丙烯酰胺质量比为1∶4∶4,交联剂用量0.5%,引发剂用量1%,反应温度为65℃,在此条件下,水凝胶的平衡溶胀度可达90.5 g/g。研究发现该葡聚糖基水凝胶在同一pH值介质中的溶胀度随时间延长而增大,最后趋于平衡;其在无酶人工肠液(p H值7.4)中的溶胀度明显高于无酶人工胃液(pH值1.2),且该凝胶在两种介质中基本无降解。