笋头纳米纤维素晶体的制备及理化性质分析

为促进笋头的高值化利用,利用富含纤维素的竹笋笋头进行纳米纤维素晶体(cellulose nanocrystal,CNC)的制备。以福建省绿竹笋笋头为原料,通过粉碎、前处理和硫酸水解法进行笋头纳米纤维素晶体的制备,并研究其持水力、持油力和膨胀力等理化性质。结果表明:笋头是制备纳米纤维素晶体的适宜原料,经过硫酸水解后笋头纳米纤维素晶体的理化性质得到显著改良。通过硫酸水解法制备的笋头纳米纤维素晶体的得率为49.54%,粒径为91.87nm;相对于笋头粗纤维,笋头纳米纤维素晶体的持水力、持油力和膨胀力分别提高了99.54%、29.80%和81.15%。     

丝瓜络纳米纤维素晶体制备工艺的优化

【目的】探求丝瓜络纳米纤维素晶体(Luffasponge nanocellulose crystals,LNCC)的最优制备工艺,为提高丝瓜络资源的综合利用提供方法支持。【方法】以丝瓜络废弃物为原料,采用单因素试验研究不同硫酸质量分数(58%,60%,62%,64%,66%)、不同反应温度(30,40,50,60,70℃)、不同超声时间(25,35,45,55,65min)对超声-硫酸水解法制备LNCC得率的影响;在单因素试验的基础上,采用响应面试验对LNCC制备工艺条件进行优化,使用Design-Expert 8.05b软件进行数据分析,求出数学模型,进而得到最佳的制备工艺条件。【结果】单因素试验结果显示,LNCC制备的最佳应温度为50℃,超声时间为45min,硫酸质量分数为62%。建立了3个因素与LNCC得率的二次多项式回归模型,该模型拟合度良好,相关系数为99.95%,校正决定系数为99.88%。LNCC制备最佳的工艺条件为:硫酸质量分数62%,反应温度51℃,超声时间46min;在该条件下制备的LNCC得率高达93.64%,与理论预测值(93.20%)吻合较好,表明建立的数学模型是合理有效的。【结论】建立了优化的LNCC制备工艺,该工艺可提高LNCC的得率。     

丝瓜络纳米纤维素晶体的制备与表征

【目的】以废弃的丝瓜络为原料,利用其优良的生物理化特性制备高附加值的纳米纤维素晶体(NCC),探索丝瓜络资源高值化综合利用的新途径。【方法】用KOH/NaClO2体系脱除丝瓜络原料中的木质素和半纤维素,制备丝瓜络纯化纤维素,利用纤维形态分析仪分析丝瓜络纯化纤维素的纤维形态,采用超声-硫酸水解法制备高得率的丝瓜络纳米纤维素晶体,并对纳米纤维素晶体的微观形貌、物理和表面化学性质进行了表征。【结果】丝瓜络纯化纤维素的平均直径为26.4μm,重均长度平均为0.893nm,卷曲度为6.8%。丝瓜络纳米纤维素晶体直径约10nm,长度为200~400nm,Zeta电位为-15.1mV,结晶度为63.3%。【结论】丝瓜络纯化纤维素是一种潜在的优良制浆纤维原料,棒状丝瓜络纳米纤维素晶体可作为绿色的纳米增强相使用,经冷冻干燥处理后形成的纳米纤维素泡沫体表现出了良好的保温性能。     

一锅法制备羧基化纳米纤维素晶体

为了探究高效、简便的羧基化纳米纤维素晶体(CCN)制备工艺,以微晶纤维素(MCC)为原料,过硫酸铵为氧化剂,采用一锅法制备出羧基化纳米纤维素晶体。并运用响应面分析法对影响羧基化纳米纤维素得率的各因素及其相互之间的交互作用进行优化。再采用透射电镜、马尔文激光粒度仪、红外光谱、X射线衍射和热分析对样品的微观形貌、粒度分布、晶体特性、结构和热稳定性能进行了研究。结果表明:过硫酸铵浓度与时间、温度与时间之间的交互作用比过硫酸铵浓度与温度间的交互作用对羧基化纳米纤维素得率的影响显著。通过优化得到的制备工艺条件为时间204min、过硫酸铵浓度2mol/L、温度62℃,优化条件下制备的羧基化纳米纤维素得率为46.41%,与模型预测值(46.93%)吻合较好,表明建立的数学模型是有效的。CCN为直径10~30nm、长度50~200nm均匀分布的棒状,Z均粒径为96.92nm;在1731cm-1出现了羧基基团的CO特征峰,表明过硫酸铵分解产生的氧化剂H2O2选择性地把纤维素C6原子上的羟基氧化成了羧基;CCN属纤维素Ⅰ型,结晶度为78.35%;羧基化后的CCN热稳定性相对于MCC有较明显的降低。      

炭基磷钨酸催化制备纳米纤维素的研究

采用炭基磷钨酸在超声波辅助作用下水解微晶纤维素（MCC ）,制备得到纳米纤维素晶体（NCC）。采用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和热分析仪（TGA ）等对所制备N C C的形貌、晶体结构、光谱性质和热稳定性进行分析。结果表明：制备的NCC呈棒状,直径和长度主要分布在12～79 nm和146～862 nm,样品仍属于纤维素Ⅰ型,结晶度为76．1％;FTIR分析可知,纳米纤维素晶体仍然具有纤维素的基本化学结构;TGA分析表明,纳米纤维素晶体热分解温度为300℃,初期热稳定性低于微晶纤维素。与常规酸水解方法相比,该方法在制备过程中可省去脱酸过程,具有对设备腐蚀性小、环保等优点。     

蛀粉直接氧化降解制备纤维素纳米晶体的表征

以毛竹蛀粉为原料,采用过硫酸铵在超声波辅助作用下直接氧化降解制备了羧基化的纳米纤维素晶体(CCN).采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅利叶红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对蛀粉及所制备的CCN的微观形貌、谱学性能及晶型结构进行了表征分析.结果表明,蛀粉颗粒呈撕裂状,形状不规则,尺寸为10-50μm;所制备的CCN为球形,粒径约为10-30 nm.FTIR分析结果表明CCN具有纤维素的基本化学结构,在1731 cm-1附近出现了羧基的C=O特征峰.XRD图谱表明制备的CCN属于纤维素Ⅰ型,结晶度为55.75%.     

TEMPO氧化法制备五节芒纤维素纳米纤丝及其悬浮液稳定性和流变行为表征

五节芒Miscanthus floridulus的纤维素含量高。为高效利用五节芒,采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化处理五节芒纤维素,再通过高压均质制备了五节芒纤维素纳米纤丝(CNF)。透射电镜(TEM)观察发现,五节芒纤维素纳米纤丝为纤维状结构,直径为(10.0±2.3) nm,长度在微米级,表面羧基质量摩尔浓度为1.98 mmol·g-1;Zeta电位结果表明:五节芒纤维素纳米纤丝悬浮液具有极好的储存稳定性。稳态流变测试表明:纤维素纳米纤丝悬浮液随着固含量提高,黏度升高,剪切变稀行为增强;动态流变测试表明,由于五节芒纤维素纳米纤丝的高长径比,其悬浮液在固含量为0.56%时,即表现出明显的凝胶行为;Cox-Merz规则在纤维素纳米纤丝固含量较低时适用,而当纤维素纳米纤丝固含量为0.56%时不适用。     

纳米纤维素制备优化及其形貌表征

通过硫酸水解微晶纤维素制备纳米纤维素,分析硫酸浓度、反应温度和水解时间对纳米纤维素得率的影响,采用正交实验优化了实验参数。用场发射环境扫描电镜(ESEM-FEG)和透射电镜(HR-TEM)表征了微晶纤维素与纳米纤维素的形貌,并对其尺寸分布进行了分析。结果表明,当硫酸浓度为56%,反应温度40℃,水解时间90min时,纳米纤维素得率最高,达55.40%;电镜观察纳米纤维素呈棒状,其尺寸较微晶纤维素明显减小,直径2-24nm,长度为50-450nm。     

烟草秸秆纳米纤维素的制备及表征分析

为有效利用农业废弃物烟草秸秆(TS),以TS为原料,用超声波辅助硫酸法制备纳米纤维素(CNC),并对所得产物进行光学显微镜观察、场发射扫描电镜分析、傅里叶红外光谱分析、X-射线衍射分析、热重分析和流变分析.结果表明,TS与64％的浓硫酸料液比1:15(g:mL)在45℃ 条件下反应60 min,CNC的产率为22.4％...     

纤维素纳米晶-纳米氧化硅复合物的制备及其吸附性能

本研究用盐酸水解微晶纤维素制备了纤维素纳米晶(CNC),以正硅酸乙酯为硅源,CNC为模板,在酸性条件下通过溶胶-凝胶反应制备纤维素纳米晶-纳米氧化硅复合物CNC-SiO₂ 0.200,并用红外光谱、X-射线衍射和热重分析法对其进行了表征。用0.020 g CNC-SiO₂ 0.200对50 mL、pH值为9的150 mg/L亚甲基蓝溶液进行吸附,吸附时间为120 min时,吸附量和脱色率分别达到81.4 mg/g和46.1%。吸附过程符合Langmuir单分子层吸附模型,用该模型确定的最大吸附量达476.2 mg/g。该吸附过程符合准二级动力学模型,吸附速率常数为0.424 8 g/(mg·min)。CNC-SiO₂0.200作为一种高效亚甲基蓝吸附剂,为染料废水的处理与净化提供了新方案。     

五节芒茎秆微观构造及结晶度研究

 为更好地研究和利用五节芒Miscanthus floridulus茎秆,并为五节芒工业化利用奠定基础,研究了五节芒茎秆微观构造及茎秆去髓原料的纤维素相对结晶度。结果表明：五节芒茎秆皮部为茎秆最外层不含维管束的部分,木质部为皮部内圈维管束较多且紧密分布的部分,髓部为茎秆中部呈白色、含少量维管束的部分。茎秆表皮层由表皮膜、长细胞、短细胞和气孔器构成,长细胞长边边缘多呈锯齿形,且长、短细胞内含硅质。维管束由木质部、韧皮部、纤维细胞组成。原生木质部含环纹导管或螺纹导管。后生木质部的导管类型有网纹导管和孔纹导管。基本组织薄壁细胞主要特点是壁薄, 壁上有纹孔,且内含淀粉粒。五节芒去髓茎秆梢部纤维相对结晶度为43.21%,中部为42.08%,基部为44.49%,基本相似,没有表现出明显的规律性。图2 表1参15     

两种除草剂对五节芒的防除试验

采用2种化学除草剂(41％草甘膦异丙胺盐水剂、5％森泰颗粒剂)6个剂量水平,分别对五节芒[Miscanthus floridulus (Lab.) Warb.ex Schum.et Laut.]施药1次、2次和3次,分析防除效果及防治成本.结果表明,两种除草剂均显著提高麻栎(Quercus acutissima Carruth.)幼苗存活率,草甘膦处理麻栎幼苗存活率比森泰处理高24.7％.草甘膦6 L/hm2和森泰25 g/丛经过3次施药、草甘膦7.5 L/hm2和森泰30 g/丛通过2次或3次施药,防治效果均可达到85％以上;而各剂量水平只进行1次施药,防治效果不佳.在防治效果85％以上的处理中,草甘膦防治成本略低于森泰颗粒.     

五节芒（Ｍｉｓｃａｎｔｈｕｓ ｆｌｏｒｉｄｕｌｕｓ）不同种群对镉积累与转运的差异研究

采用盆栽试验的方法,对比研究了来源于大宝山矿区和惠州博罗非矿区的两个五节芒种群在不同Cd含量土壤中的生长反应、Cd富集能力及对土壤Cd形态的影响。结果表明,来源不同的两个五节芒(Miscanthus floridulus)种群植株对土壤中不同浓度的Cd的生长反应不同,低浓度Cd处理,非矿区种群的地上部生物量即受到显著影响,而矿区种群受到的影响不显著。Cd处理浓度提高时,非矿区种群的地上部生物量为对照的30.17%～42.07%,矿区种群地上部生物量为对照的57.80%～67.04%。非矿区种群根部生物量随处理浓度的增加而降低,为对照的57.75%-64.08%,而矿区种群显著升高,为对照的117.43%～135.56%。五节芒矿区种群地上部和根部的Cd含量随着土壤Cd处理浓度的升高而迅速升高,其升高速度明显快于非矿区种群。五节芒矿区种群根部积累的Cd总量远大于非矿区种群,且随着土壤中Cd添加量的增加而显著增加(P<0.05)。随着Cd胁迫程度的加重,五节芒两种群转移系数和耐性指数都有不同程度的下降,矿区种群的转移系数和耐性指数明显高于非矿区种群。Pearson相关性分析发现,五节芒根部生物量与地上部生物量极显...     

五节芒种质资源的表型多样性分析

为了解中国五节芒的形态多样性和分布特点，为五节芒种质资源的开发和利用提供参考依据，对采集自安徽、福建、广东、广西、贵州、湖北、湖南、江苏、江西、浙江等10个省份117份材料的12个与茎杆、叶片、花序相关的表型性状进行表型多样性分析。结果表明：(1)五节芒群体的表型性状在群体间和群体内都存在丰富的变异，各性状变异系数范围为2.80%～73.43%；(2)主成分分析显示，前3个主成分累积贡献率为87.75%，其中第1主成分反映叶片特征，第2主成分反映茎杆特征，第3主成分反映花序特征；(3)聚类分析表明，10个群体可以分为3类，第1类为湖南和江西2个群体，第2类包括福建、广东、广西、湖北和贵州5个群体，第3类包括安徽、江苏和浙江3个群体。     

五节芒离体再生与多倍体诱导技术体系的建立

以五节芒(Miscanthus floridulus)幼穗为外植体,建立了五节芒的离体再生体系:幼穗的最佳愈伤诱导培养基为MS+4.0 mg/L 2,4–D+0.1 mg/L 6–BA,最佳分化培养基为MS+2.0 mg/L 6–BA,最佳生根培养基为MS+1.0mg/L IAA+0.1 mg/L IBA+1.0 mg/L CCC。比较不同浓度秋水仙碱溶液对五节芒愈伤组织诱变的效果,结果显示,以1 000 mg/L秋水仙碱处理愈伤组织72 h,诱导率可达12.48%,形态特征、DNA含量和染色体核型分析表明,诱导获得的再生植株为五节芒四倍体。     

镉胁迫下不同生态型五节芒的膜脂过氧化水平及抗氧化能力比较

[目的]揭示不同生态型五节芒（Miscanthus floridulus）在抵抗Cd胁迫机制方面的异同。[方法]以粤北大宝山矿山开采地优势植物五节芒为试验材料,比较了五节芒非矿山生态型（采自惠州市博罗县丘陵山地）和矿山生态型（采自大宝山矿区）在相同Cd处理浓度下的生理响应。[结果]Cd胁迫会导致五节芒叶片MDA的积累,非矿区生态型五节芒MDA积累的幅度要大于矿区种群。非矿区生态型五节芒叶片中SOD活性被Cd胁迫抑制,POD活性都受到Cd胁迫的诱导而比对照有所增加,但矿区生态型增加的幅度要大于非矿区生态型,矿区生态型植株2种酶的活性在最高Cd处理浓度时都显著高于非矿区生态型植株。随Cd处理浓度增大,非矿区种群五节芒叶片中PPO活性呈先增加再下降的趋势,矿区生态型植株在受到Cd胁迫后PPO活性显著增加,在最高Cd浓度处理时矿区生态型植株PPO活性要显著高于非矿区生态型。[结论]矿山型五节芒的重金属Cd耐受性要强于非矿山型。     

‘热研4号’王草和五节芒光合特性的比较

【目的】获得生产生物能源的优质原料.【方法】在田间采用LI-6400便携式光合作用测定仪对‘热研4号’王草Pennisetum purpureum×P.americanum cv.Reyan No.4和五节芒Miscanthus floridulus的光合特性日变化进行研究,并分析了其净光合速率(Pn)与主要影响因子的相关性.【结果和结论】‘热研4号’王草和五节芒的净光合速率日变化均呈"单峰型",无光合"午休"现象,且‘热研4号’王草日均Pn(25.45μmol·m-2·s-1)略高于五节芒(25.08μmol·m-2·s-1).2种草的蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)、光能利用率(LUE)和气孔导度(Gs)与Pn一样,最大值均出现在13:00时左右,且‘热研4号’王草的Tr、LUE和Gs也都略高于五节芒,只有WUE略低于五节芒.气孔限制值(Ls)日变化呈正钟型,在11:00时左右达最高值(均为0.86μmol·m-2·s-1),早晚最低,而胞间CO2摩尔分数(xi)日变化趋势与之相反.此外,‘热研4号’王草和五节芒的Pn均与大气CO2摩尔分数(xa)呈显著负相关(P0.05),且分别与空气相对湿度(RH)和Gs呈显著正相关(P0.05).以上结果说明‘热研4号’王草的光合能力比五节芒强.     

低温和植物生长物质对南荻种子萌发的影响

以南荻种子为材料,设4 ℃低温处理(常温为CK)和GA3、IAA、6–BA和2,4–D 4种植物生长物质(各设4个质量浓度50、100、200、400 mg/L),均以清水为CK,处理南荻种子,测定南荻种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长以及芽长等指标。结果表明,与CK相比,4 ℃低温处理能显著提高南荻种子的发芽率、发芽势,极显著提高南荻种子的发芽指数、活力指数、根长,但芽长差异没有统计学意义;各质量浓度的GA3能显著或极显著提高发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和芽长,其中100 mg/L GA3处理对南荻种子萌发的效果较好;除400 mg/L外,IAA各质量浓度均能提高发芽率、发芽势、活力指数和促进根的生长,其中以50 mg/L IAA处理对南荻种子的萌发效果较好;各质量浓度的6–BA处理能极显著提高南荻种子的发芽率、发芽指数,显著或极显著提高南荻种子的发芽势和促进芽的生长,极显著的降低南荻种子的活力指数和抑制根的生长;2,4–D对南荻种子发芽率、发芽势以及发芽指数的影响都随浓度的增加先升高后下降,各质量浓度的2,4–D可极显著降低南荻种子的活力指数和抑制根的生长,其中以200 mg/L 2,4–D处理对南荻种子萌发的效果较好。     

农业科技强国评价指标体系与中国实现度分析

为量化评价我国农业科技水平与世界发达国家的整体差距,本研究基于对农业科技强国的理论认识,经过多学科、多群体、多轮次研讨,首次提出和设计了包括科技支撑能力、农业技术水平、农业科技效率、农业科技条件和农业科技产出等5个1级指标及19个2级指标的农业科技强国评价指标体系,并据此收集整理中国与世界发达国家相关数据,通过层次分析法对中国农业科技强国实现度进行初步评估。结果表明:目前中国农业科技强国实现度为62%,与世界农业科技强国仍有不小差距,在迈向世界农业科技强国的道路上,中国刚刚走完2/3的路程,正处于“爬坡过坎”的阶段。因此,中国亟需在农业科技投入强度、农业科技人力资源、企业研发投入等方面加强力量、加快步伐、加大投入,大幅提升农业劳动生产率、农产品加工增值、土地产出率,优先补齐的农业农村科技创新短板,以确保2050年建成世界农业科技强国。     

竹炭导电性能及应用研究进展

分析了竹炭导电机制主要由离子引起或π电子移动以及与形成石墨化程度有关的研究,从竹林立地条件、竹材部位、炭化工艺、竹炭微观结构、竹炭粒径大小及竹炭的基本理化性能指标等方面分析其对竹炭导电的影响,再综述了竹炭及其复合材料的电磁屏蔽效能、竹炭电容器电极等领域应用研究进展,最后从竹炭生产技术、导电理论及应用领域存在的不足,提出了今后重点研究的4个方向。