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当期目录

    2020年, 第40卷, 第4期 刊出日期:2020-08-25 上一期    下一期
    综述评论
    醋酸纤维素的改性及应用研究进展
    周慧敏,鲁杰,程意,吕艳娜,王海松
    2020 (4):  1-8.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.001
    摘要 ( 1937 )   HTML ( 1144558570 )   PDF(6071KB) ( 1549 )  

    介绍了醋酸纤维素(CA)的亲水性、韧性、热塑性和生物降解性等性能特征,总结了3种不同醋酸纤维素的基本结构和市场应用情况,指出现阶段的CA还存在高温热稳定性差、机械强度低、膜易被污染等缺点。分析了物理改性和化学改性对CA性能的影响,指出聚合物的化学反应可以改变CA的结构或性质,使CA的耐污性、热塑性、选择性及重复利用性得到很大改善;而物理改性则可以提高CA膜的孔隙率和热稳定性,使膜的机械强度、金属离子排除率和水通量得到提高。对近年来CA在海水淡化、吸附烟气中有毒物质、制备生物医学膜、药物传递、组织修复再生、生物传感、户外防护及空气净化等方面的应用进行了概述,并对CA的市场前景和发展趋势进行了展望。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    研究报告
    生物油典型含氧化合物在分子蒸馏过程中的分离特性研究
    刘翊希,戴贡鑫,张兴,王凯歌,王树荣
    2020 (4):  9-16.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.002
    摘要 ( 525 )   HTML ( 4105 )   PDF(829KB) ( 586 )  

    对棉花秆热解得到的生物油进行了一系列不同蒸发面温度和压力条件下的分子蒸馏实验,探究蒸馏产物的宏观特性以及典型含氧化合物在不同蒸馏条件下的分离特性。研究发现:馏出组分具有较高的氢碳比和氧含量,残余组分具有较高热值和碳含量,但n(H):n(C)接近1:1。引入分离因子(αi,n)对典型含氧化合物的蒸出能力进行半定量评估,结果表明:乙酸、1,1-二甲氧基丙烷、2,5-二甲氧基四氢呋喃等小分子化合物在实验条件下极易被蒸出,3-甲基-1,2-环戊二酮的蒸出能力受实验中蒸馏条件的影响较高;大分子化合物中,单酚类化合物的蒸出能力突出,其中愈创木酚在1 500 Pa下的蒸出能力最强,苯酚受温度变化影响较小;二酚的蒸出能力远低于单酚,其中苯二酚在2 500 Pa/50℃下蒸出能力极差,但进一步降低压力可大幅提升其蒸出性能;长链酯类和糖类化合物的蒸出能力受蒸馏温度和压力变化的影响较小。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    离子液体基凝胶电解质的制备及其在超级电容器中的应用
    南静娅,张盖同,王利军,汪宏生,储富祥,王春鹏
    2020 (4):  17-23.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.003
    摘要 ( 484 )   HTML ( 13405 )   PDF(3176KB) ( 688 )  

    以大豆蛋白(SPI)和丙烯酰胺(AAm)复合交联制备出一种离子液体基凝胶聚合物电解质,并将其应用于超级电容器中,考察了超级电容器的电化学性能和可压缩性能。SPI与聚丙烯酰胺之间的协同作用,赋予凝胶电解质优异的压缩回弹性和耐疲劳强度,在经历80%的压缩应变100次循环后,仍可保持结构完整,应力保持率>80%,塑性变形率< 15%,能量损耗系数< 0.1。利用凝胶电解质组装的准固态超级电容器,具有优异的电化学性能,最大能量密度为25.99 W·h/kg,最大功率密度为3 600 W/kg,且器件整体可承受80%的压缩应变而不发生断裂或损坏,表现出优良的可压缩性和电容稳定性。

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    有氧辅助微波热解落叶松木材的特性及产物分布
    王鑫,张彪,赵丽萍,邓桂春,臧树良,吴爽
    2020 (4):  24-32.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.004
    摘要 ( 374 )   HTML ( 7 )   PDF(8514KB) ( 391 )  

    针对生物质微波热解普遍存在的微波吸收差以及焦油产生快等问题,将有氧热解与微波加热相结合,研究了微波氧化热解落叶松的升温规律、产物产出规律以及产物特性。研究结果表明:氧的引入改善了微波加热行为,当氧碳比(n(O)/n(C))值达到0.44时,升温曲线由阶梯状变为近似直线;氧气促进了木材微波热解转化,当n(O)/n(C)值为0.22时,气体产物收率75.55%、液体产物收率15.61%、固体产物收率8.84%,显著优于无氧微波热解(气体产物19.37%、液体产物48.78%及固体产物31.85%)。落叶松木材热解产物中,热解气化指标显著提高,当n(O)/n(C)值从0升至0.22时,碳转化率从7.4%增至52%,燃气产率从0.16 m3/kg升至0.82 m3/kg,气化效率从14%增至37.5%,燃气电耗降幅80%,但n(O)/n(C)值超过0.055时,燃气热值呈降低趋势;焦油的副产品减少,产物以稠环芳烃为主,组成得到极大简化;焦炭酸值明显降低,副产品减少,适量氧的引入促进焦炭内部形成微孔-介孔共存结构,孔结构更加稳定,显著改善焦炭的比表面性质。当n(O)/n(C)值为0.22时BET比表面积为489 m2/g,平均孔径4.13 nm。

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    水热预水解强度对相思木组分及溶剂吸收性能的影响
    杨倩,袁咪咪,盛雪茹,牛梅红,平清伟,石海强
    2020 (4):  33-40.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.005
    摘要 ( 481 )   HTML ( 259 )   PDF(2926KB) ( 565 )  

    采用不同的预水解强度(P因子)对阔叶材相思木进行水热预水解处理,通过对预水解木片得率、组成成分、1% NaOH抽出物、苯醇抽出物、元素分析、吸水量、耗碱量及表面形貌的分析,探讨了预水解强度对抽出物组分含量及溶剂吸收性能的影响。研究结果显示:随着P因子的增大,预水解后木片得率、综纤维素、聚戊糖、木质素含量都呈下降趋势,而1% NaOH抽出物和苯醇抽出物的含量呈现先上升后下降的趋势。当P因子为0~800时,1% NaOH抽出物和苯醇抽出物分别从12.04%和1.74%增加到25.98%和12.11%;当P因子从800增加到1 000时,两者分别从25.98%和12.11%下降到23.19%和11.08%。1% NaOH抽出物中木质素由7.15%(P=0)逐渐增加到48.37%(P=1 000);而苯醇抽出物中木质素由16.42%(P=0)增加到47.68%(P=800)。根据水浸渍和碱浸渍实验显示:在预水解前期(P因子为0~310)时,预水解木片的吸水量和耗碱量均呈现上升的趋势,预水解木片的吸收性能有所改善,当P因子为310时,吸水量和耗碱量较高,分别为1.542 3 g/g和80.71 mg/g。表面形貌分析显示:随着P因子的增大,预水解后木片的表面越来越疏松,孔隙越来越多。

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    腰果酸环氧树脂的合成及其固化反应特性研究
    陈健,吴国民,霍淑平,孔振武
    2020 (4):  41-46.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.006
    摘要 ( 718 )   HTML ( 1610657794 )   PDF(632KB) ( 610 )  

    由腰果壳液中提取的腰果酸与环氧氯丙烷反应合成了腰果酸环氧树脂-Ⅰ(EACA-Ⅰ),再进一步侧链环氧化得到腰果酸环氧树脂-Ⅱ(EACA-Ⅱ),并采用HPLC、FT-IR和NMR表征了两种环氧树脂的化学结构。EACA-Ⅰ和EACA-Ⅱ的环氧值分别为3.7和6.0 mmol/g,25℃时黏度分别为80和300 mPa·s。采用差示扫描量热(DSC)仪和热重分析(TGA)仪,对环氧树脂与甲基六氢邻苯二甲酸酐(MeHHPA)和异佛尔酮二胺(IPDA)的固化反应特性和固化物耐热性能进行了探讨。研究结果表明:这两种环氧树脂与MeHHPA的固化过程放热缓和,而与IPDA的固化过程放热剧烈;与MeHHPA的固化物具有较好的热稳定性能,起始分解温度大于371.6℃,失重峰温417.5℃。

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    基于近红外法的紫胶原胶主组分快速预测模型构建
    唐保山,李坤,张弘,张雯雯,关庆芳,史正军
    2020 (4):  47-56.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.007
    摘要 ( 415 )   HTML ( 8 )   PDF(826KB) ( 455 )  

    采用化学法测定了紫胶原胶中的树脂、蜡质和色素的含量,用傅里叶变换近红外光谱技术采集原胶的近红外光谱数据,得到原始光谱,通过光谱预处理方法消除噪声,最后以偏最小二乘法(PLS)建立回归模型。最终得到紫胶中树脂、蜡质和色素含量的近红外光谱分析模型,其树脂、蜡质和色素的最优校正集决定系数(Rc2)分别为0.961、0.812和0.828,交叉验证标准误差(RMSECV)分别为1.96、0.28和0.065;验证集的最优决定系数(Rp2)分别为0.957、0.808和0.793,预测标准误差(RMSEP)分别为0.940、0.124和0.101。建立的紫胶原胶主组分近红外检测模型的准确度、稳定性及预测性能良好,为紫胶原胶主组分快速分析方法的建立提供了新思路。

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    基于乙基纤维素-马来海松酸酯的酸酐类环氧固化剂的固化及性能研究
    丘雨玲,郭晓亮,卢传巍,王春鹏,王基夫,储富祥
    2020 (4):  57-62.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.008
    摘要 ( 512 )   HTML ( 36937 )   PDF(571KB) ( 625 )  

    通过酯化反应将马来海松酸(MPA)接枝到乙基纤维素(EC)分子侧链,合成乙基纤维素马来海松酸酯(EC-g-MPA),并将EC-g-MPA作为高分子酸酐类环氧树脂固化剂,与环氧树脂(ER)进行固化反应制备了一系列的环氧树脂(EC-g-MPA/ER)聚合物。采用红外光谱对固化后的环氧树脂的化学结构进行了表征,非等温DSC对固化体系的固化动力学进行了研究,结果表明:固化后环氧树脂中归属于酸酐的红外特征吸收峰完全消失随着升温速率的增加固化速率逐渐增加,固化度逐渐降低。该固化体系的活化能(Ea)为73.94 kJ/mol,该固化体系的指前因子(A)为1.27×106s-1,反应级数(n)为0.9,表明该固化反应是一个复杂的过程。热力学性能研究表明:随着固化剂含量的增加,产物的玻璃化转变温度逐渐升高,且固化后的树脂具有优异的热稳定性。机械性能研究表明:随着固化剂EC-g-MPA含量的增加,固化产物的机械强度逐渐增加,可以通过调整固化剂含量制备具有不同机械性能的环氧聚合物。

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    基于不同发泡剂的木质素基泡沫炭的制备及性能研究
    朱恩清,史正军,刘守庆,杨静,王大伟,杨海艳
    2020 (4):  63-70.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.009
    摘要 ( 691 )   HTML ( 1886462463 )   PDF(3486KB) ( 667 )  

    采用玉米秸秆碱木质素部分替代苯酚与甲醛反应合成木质素基酚醛树脂,并利用正戊烷、正己烷、活性炭负载正己烷3种发泡剂,经过物理发泡、高温炭化分别制备得到木质素基泡沫炭CF-P、CF-H和CF-ACH。研究结果表明:不同发泡剂发泡制备得到的木质素基酚醛泡沫均具有良好的热稳定性,经800℃热分解后的最终炭收率依然为47.95%;木质素基酚醛树脂泡沫炭为非石墨化无定型炭,孔形呈球形或椭球形,孔径分布在20~300 μm之间;3种泡沫炭表观密度在0.15~0.55 g/cm3之间,最高压缩强度可达13.13 MPa;CF-P、CF-ACH、CF-H比表面积分别为471.22、186.72和42.08 m2/g,开孔率都大于64%,微孔面积百分比均在77%以上。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    生物质基活性炭对环丙沙星的吸附性能研究
    张婷婷,韩秀丽,刘莹,董春玲,常春
    2020 (4):  71-78.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.010
    摘要 ( 543 )   HTML ( 264428 )   PDF(586KB) ( 797 )  

    以玉米芯为原料制备生物质基活性炭,研究其对环丙沙星(CIP)的吸附性能。采用响应面分析法Box-Behnken design模型对吸附条件进行优化,得到最佳吸附工艺条件:吸附时间537 min,吸附剂用量0.46 g/L,pH值为4.92。吸附实验结果表明:活性炭对环丙沙星的吸附能力随着温度的升高而增大,吸附过程符合Redlich-Peterson和Sips等温吸附模型;热力学参数表明活性炭对环丙沙星的吸附是自发进行的、吸热的、熵增的吸附过程;Elovich吸附动力学模型能够更好地描述活性炭对环丙沙星的吸附动力学行为;298 K时,活性炭吸附环丙沙星的最大饱和吸附量为238.01 mg/g,表明生物质基活性炭对废水中的环丙沙星有较好的吸附效果。

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    脱氢枞酸三芳胺基D-π-A型荧光化合物的光谱性能及应用
    高亚楠,高宏,商士斌,宋湛谦
    2020 (4):  79-85.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.011
    摘要 ( 409 )   HTML ( 11 )   PDF(924KB) ( 536 )  

    以脱氢枞酸为原料通过酯化、溴代、C-N偶联的方法合成脱氢枞酸三芳胺(b),再以溴代、C-C偶联等方法合成了脱氢枞酸三芳胺基D-π-A化合物2-异氰基-3-(5-(4-((脱氢枞酸甲酯基)(4-甲氧基苯基)氨基)苯基)-2-噻吩基)丙烯酸(DTPA-I),研究了它的紫外吸收光谱和荧光发射光谱,并作为荧光探针用于检测极性有机溶剂中的水含量。研究结果表明:与化合物b比较,DTPA-I的紫外吸收光谱出现新的吸收峰(λabs,max=474 nm),荧光发射波长明显红移(λem,max=603 nm);DTPA-I在不同的极性溶剂中的紫外吸收波长和荧光发射波长发生明显的位移,吸光度与荧光强度均发生变化,化合物具有明显的溶致变色效应。在0~1%的范围内,DTPA-I的荧光强度随着二氧六环、DMSO和DMF溶液中的水含量的增加呈线性降低,对二氧六环中水的检出限低至0.089%。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    碱-羟甲基化预处理对甘蔗渣酶解和发酵效率的影响
    金艳,杨海艳,史正军,王大伟,徐高峰,杨静
    2020 (4):  86-92.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.012
    摘要 ( 396 )   HTML ( 12 )   PDF(533KB) ( 505 )  

    以甘蔗渣(SCB)为原料,经1.4%氢氧化钠处理制得碱处理甘蔗渣(AP-SCB),再经羟甲基化反应制备碱-羟甲基化预处理甘蔗渣(AHP-SCB),考察甲醛用量对提高甘蔗渣酶水解效率和乙醇发酵得率的影响。实验结果表明:在甘蔗渣碱-羟甲基预处理过程中,当甘蔗渣与甲醛质量比为1:1.5,预处理2 h后,木质素脱除率为55.68%;在纤维素酶用量为20 FPIU/g(以葡聚糖质量计)时,72 h酶水解得率为89.61%,较未处理甘蔗渣(水解得率9.09%)提高了8.86倍;酶水解液经24 h发酵后,乙醇质量浓度从10.93 g/L(AP-SCB)增加至12.96 g/L(AHP-SCB-1.5)。通过红外光谱分析预处理前后物料结构的变化,并进行疏水度和酶可及度的测定,AHP-SCB-1.5的疏水度(0.127 L/g)和酶可及度(505.73 mg/g)分别是AP-SCB的64.64%和1.11倍;碱和羟甲基化反应在预处理中起到协同作用,改善甘蔗渣的亲水性和酶可及性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    橡胶籽油基类环氧丙烯酸酯树脂的合成及其性能研究
    陆剑彧,吴琼,汤继俊,任晓丽,周永红,刘承果
    2020 (4):  93-99.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.013
    摘要 ( 519 )   HTML ( 518 )   PDF(713KB) ( 506 )  

    利用环氧化橡胶籽油(ERSO)与甲基丙烯酸羟乙酯化马来酸半酯(HEMAMA)发生开环反应,制备了新型的橡胶籽油基类环氧丙烯酸酯(HMMERSO)预聚体,采用FT-IR和1H NMR确认其化学结构,研究了HMMERSO与不同稀释剂混合所得光固化材料的最终性能。研究结果显示:所得HMMERSO中每一个甘油三酯分子具有4.85个C=C官能团,含生物基71.2%。HMMERSO材料展示了优良的性能,纯HMMERSO材料在常温下储能模量能达752.8 MPa,玻璃化转变温度(Tg)为67.4℃,拉伸强度和模量分别为9.84和365.5 MPa,其值分别是纯环氧大豆油丙烯酸酯(AESO)材料值的7.7倍、4倍、5.1倍和9.7倍。用30%甲基丙烯酸羟乙酯稀释剂改性后材料的性能更佳,其拉伸强度达到26.1 MPa,Tg达到90.9℃。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    打浆-高压均质法制备与调控多尺度纤维素微纳米纤丝
    孟傲杰,赵辉,郭丽芳,任浩,翟华敏
    2020 (4):  100-106.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.014
    摘要 ( 583 )   HTML ( 12331 )   PDF(13714KB) ( 298 )  

    采用打浆-高压均质法以漂白针叶浆为原料,制备了纤维素微纳米纤丝(CMF)。研究了打浆过程中纸浆纤维特性的变化,均质工艺对CMF微纤丝形态和尺度的影响规律。研究结果表明:打浆可有效降低纤维的长度、促进纤维细纤维化,通过控制打浆时间(0~240 min),可将纤维的加拿大游离度(CSF)调控在800 mL到0 mL之间、纤维长度对应2.3 mm和0.43 mm之间。随着高压均质次数、压力和纤维质量浓度的增加,机械作用力增强,微纤丝化作用加大,CMF的宽度下降,其宽度分布趋于集中。通过控制均质次数(1~20次)、压力(50~110 MPa)和纤维质量浓度(0.1%~0.5%)的变化,可制备宽度为134~406 nm之间的多尺度CMF。打浆-高压均质法可作为环境友好的多尺度CMF制备方法。

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    高强度醋酸纤维素/壳聚糖复合膜的制备及其性能研究
    王丽鑫,徐雅雯,李志森,王鸿彪,张乔会,逄锦慧
    2020 (4):  107-113.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.015
    摘要 ( 721 )   HTML ( 6292 )   PDF(4187KB) ( 623 )  

    以棉浆板为原料,使用“一步法”制备具有高聚合度(Dp为650~680)、高强度、低取代度(Ds 0.36)的水溶性醋酸纤维素(WSCA),并将其与壳聚糖(CS)溶液以不同质量比共混制备WSCA/CS复合膜。采用SEM、TG、FT-IR、XRD、拉伸检测等对复合膜材料进行分析,探讨了WSCA与CS不同质量比时对复合膜微观结构以及各项性能的影响。研究结果表明:不同质量比的WSCA与CS都可以在醋酸溶液中很好地溶解,并且混合均匀,随着WSCA比例的增加,复合膜微观呈现类贝壳的有序层状的微观结构,这种类贝壳的微观结构有利于提高复合膜的机械性能,当m(WSCA):m(CS)=1:1,复合膜的拉伸强度达到126.5 MPa,断裂伸长率为7.3%,同时复合膜的热稳定性最佳,最大热失重速率温度为300℃。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    碱金属对生物质热解特性的影响
    蒋黎阳,周臻,田红,赵洁霞
    2020 (4):  114-122.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.016
    摘要 ( 565 )   HTML ( 429 )   PDF(1311KB) ( 684 )  

    以稻秆、谷壳为原料,经硝酸酸洗后使用KCl和NaCl浸渍处理,采用热重分析仪和傅里叶红外光谱联用(TG-FT-IR)对经过不同处理的样品的热解以及热解气体产物进行分析,探讨了碱金属对生物质热解特性的影响。对比稻秆与谷壳原样、酸洗样和碱金属溶液浸渍样的热解TG/DTG曲线与气体产物分布发现:KCl和NaCl溶液浸渍明显增加了样品中的K、Na元素含量,样品的主要热解失重区间前移,降低了热解最大失重速率;K+,Na+浸渍的稻秆和谷壳与酸洗样相比热解焦产率分别提高了5.3%、7.89%和10.95%、11.59%,热解焦产率氯化钠浸泡样>氯化钾浸泡样>原样>酸洗样,且K+热解催化能力强于Na+;K+、Na+浸渍样有利于生物质开环反应,促进了脱羧和脱羰反应,增加CO2、CO和羟基酮的产生。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    RhCl(PPh3)3的制备及其催化松节油加氢反应
    刘壁莹,蒋丽红,王亚明,郑燕娥,郭炜,朱桂华
    2020 (4):  123-128.  doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.04.017
    摘要 ( 673 )   HTML ( 129 )   PDF(572KB) ( 500 )  

    使用可溶性铑盐和三苯基膦乙醇溶液制备了催化剂RhCl(PPh33,并将其用作α-蒎烯加氢反应的催化剂。以α-蒎烯的转化率和顺式蒎烷选择性作为RhCl(PPh33催化性能的评价指标,考察了制备条件对RhCl(PPh33催化性能的影响,同时,探讨了RhCl(PPh33催化α-蒎烯加氢反应的较优条件和RhCl(PPh33的使用寿命及反应机理。研究结果显示:较适宜的催化剂制备条件为膦与铑物质的量比4:1,加热温度75℃,回流时间4 h。将该条件下制备的RhCl(PPh33用于α-蒎烯加氢反应,在较优的加氢反应条件下,即α-蒎烯4 g,以离子液体[BMIM]PF6为加氢反应介质,离子液体用量4 mL,反应温度120℃,反应压力1 MPa,转速800 r/min,催化剂RhCl(PPh33用量5%,反应时间3 h,α-蒎烯的平均转化率达到99.49%,顺式蒎烷的平均对映选择性为96.73%。离子液体催化剂体系与产物分离容易,可循环使用,使用2次,转化率仍能达到91.19%。离子液体为介质,RhCl(PPh33的催化反应机理为“离子介质-中心金属-底物”的相互作用,带电荷的离子液体与中心金属Rh的相互作用,使得其他配位体如Cl-等的配位能力减弱,从而有利于烯烃的配位活化。

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