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木质纤维细胞壁大分子取向研究进展 被引量:6
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作者 金枝 陈倩 +1 位作者 代琳心 马建锋 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期153-160,共8页
木质纤维细胞壁主要是由纤维素、半纤维素以及具网络结构的木质素交联形成的高度有序的三维立体结构,是植物最基本的力学承载单元。本文首先概述了国内外有关木质纤维细胞壁中纤维素、半纤维素和木质素3种结构大分子的模量、强度等微力... 木质纤维细胞壁主要是由纤维素、半纤维素以及具网络结构的木质素交联形成的高度有序的三维立体结构,是植物最基本的力学承载单元。本文首先概述了国内外有关木质纤维细胞壁中纤维素、半纤维素和木质素3种结构大分子的模量、强度等微力学特性,其次就纤维素-半纤维素、纤维素-木质素以及半纤维素-木质素大分子间的交联结构、分子间的有序组装规律进行了总结。在此基础上,对比分析了光学显微成像、电子显微成像、原子力显微成像、显微红外光谱、线偏振显微拉曼光谱、和频振动光谱以及同步辐射X射线衍/射技术在细胞壁大分子取向研究过程中的异同点。重点讨论通过分子光谱化学成像技术揭示的木质纤维原料不同类型细胞以及同一类型细胞不同亚层中3种结构大分子取向排列规律。最后,展望了木质纤维原料大分子取向研究可能的发展趋势:系统表征木质纤维细胞壁纤维素超分子结构、三大组分间连接键类型、纤维素构象对半纤维素糖苷键及木质素芳香环有序组装的影响机制;在纳米尺度揭示木质纤维发育过程中,各类细胞壁中纤维素纤丝聚集体结构、取向和微力学变化规律;在细胞壁水平非破坏性地对木质纤维大分子取向进行三维立体成像和定量研究;基于分子结构表征、分子模拟和三维成像研究结果实现针叶、阔叶及禾本科植物纤维细胞壁骨架模型的构建。 展开更多
关键词 木质纤维 大分子取向 大分子交联 分子光谱成像
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基于TG-FTIR的竹材细胞壁主要组分热解特性 被引量:3
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作者 代琳心 王智辉 +4 位作者 李振瑞 王佳军 刘杏娥 文甲龙 马建锋 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期85-94,共10页
【目的】探究不同热解条件下竹纤维细胞和薄壁细胞中主要组分的热解规律,分析热解过程对固体残余量和挥发分组成的影响,为竹材热解转化为高品质气体燃料和炭材料提供理论参考和借鉴,为开发清洁高效的梯度炭化及物理活化工艺提供技术支... 【目的】探究不同热解条件下竹纤维细胞和薄壁细胞中主要组分的热解规律,分析热解过程对固体残余量和挥发分组成的影响,为竹材热解转化为高品质气体燃料和炭材料提供理论参考和借鉴,为开发清洁高效的梯度炭化及物理活化工艺提供技术支撑。【方法】选取3年生毛竹,利用热重—红外联用分析仪(TG-FTIR)对竹粉、水选分离出的竹纤维和薄壁细胞以及化学法分离获得的细胞壁纤维素、半纤维素和木质素在10、20和30℃·min^(-1)升温速率条件下进行热解特性与气体相对含量的半定量分析。【结果】10℃·min^(-1)、N_(2)气氛条件下,竹粉、竹纤维细胞和薄壁细胞的主热解阶段发生在180~400℃之间,三者固体残余量分别为19.8%、21.3%和17.5%。竹纤维素、半纤维素和木质素的主热解阶段分别发生在250~400℃、190~365℃和100~500℃之间,纤维细胞和薄壁细胞中纤维素的固体残余量分别为9.9%和6.3%,半纤维素的固体残余量分别为20.2%和18.3%,木质素的固体残余量分别为30.4%和25.8%。热重—红外光谱分析表明,热解产生的气体主要由CO_(2)、CO和CH_(4)等组成。纤维素热解产物中含C=O和C—O—C等官能团化合物的相对含量最高为65.8%,半纤维素中CO_(2)的相对含量最高为42.7%,木质素气体产物中合成气(CH_(4)、CO)含量最高为27.6%。提高升温速率,纤维素热解产物中含C=O和C—O—C等官能团化合物和木质素中合成气的相对含量减少约5%,半纤维素中CO_(2)含量增加近10%。【结论】1)竹粉、不同类型细胞及其三组分的热解特性各异,其中薄壁细胞-纤维素的固体残余量最低,纤维细胞-木质素的固体残余量最高;2)竹粉、竹纤维和薄壁细胞及其3种主要组分的热解气体组成类型基本相同,但相对含量存在明显差异,纤维素主要热解气体产物为含C=O、C—O—C等官能团化合物,半纤维素主要热解产物为CO_(2)和含C=O官能团化合物,木质素主要热解产物为CO_(2)和含C—O—C官能团化合物;3)随升温速率增加,竹粉、不同类型细胞及其3种主要组分的TG/DTG曲线整体向高温一侧移动,热解气体产物的红外吸收峰强度增加,CO和含C=O官能团化合物的相对含量有所降低。 展开更多
关键词 毛竹 纤维素 半纤维素 木质素 热重-红外联用 半定量
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聚乙烯亚胺改性竹质活性炭对六价铬的吸附性能研究 被引量:7
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作者 仲美娟 刘杏娥 +2 位作者 代琳心 尚莉莉 马建锋 《林产工业》 北大核心 2021年第11期52-58,共7页
为评价竹质活性炭表面官能团对Cr(Ⅵ)吸附能力的影响,采用聚乙烯亚胺(PEI)改性处理KOH和FeCl_(2)·4H_(2)O活化法制备的竹质活性炭,对比了两类改性活性炭理化结构特征,并对其Cr(Ⅵ)吸附性能进行评价。结果表明:改性处理有效增加了... 为评价竹质活性炭表面官能团对Cr(Ⅵ)吸附能力的影响,采用聚乙烯亚胺(PEI)改性处理KOH和FeCl_(2)·4H_(2)O活化法制备的竹质活性炭,对比了两类改性活性炭理化结构特征,并对其Cr(Ⅵ)吸附性能进行评价。结果表明:改性处理有效增加了两类竹质活性炭表面胺基数量,氮元素含量分别提高了8.34%和8.22%,且较为均匀分布于活性炭孔隙结构中。改性处理导致两类活性炭的比表面积分别下降186.05 m^(2)/g和205.82 m^(2)/g,但对Cr(Ⅵ)吸附量提高了38.8%和32.2%。此外,竹质活性炭孔隙结构能够有效调控吸附速率,而含氮和含氧官能团的数量对最终吸附量起主导作用。 展开更多
关键词 聚乙烯亚胺 改性 吸附 Cr(Ⅵ) 竹质活性炭
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银/尿素改性竹质活性炭的制备及甲醛净化与抗菌性能 被引量:2
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作者 李世杰 王智辉 +4 位作者 代琳心 李振瑞 王佳军 马建锋 刘杏娥 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期62-67,共6页
为了获得兼具甲醛净化和抗菌性能的环境治理材料,本工作采用尿素室温浸渍结合葡萄糖原位还原法制备了载银尿素改性竹质活性炭,考察了银负载量对复合材料的形貌、表面官能团、孔结构、甲醛去除效率及抗菌性能的影响。结果表明:负载银后,... 为了获得兼具甲醛净化和抗菌性能的环境治理材料,本工作采用尿素室温浸渍结合葡萄糖原位还原法制备了载银尿素改性竹质活性炭,考察了银负载量对复合材料的形貌、表面官能团、孔结构、甲醛去除效率及抗菌性能的影响。结果表明:负载银后,竹质活性炭的多孔结构仍然保留,比表面积和总孔容有所下降;相对于原竹质活性炭,甲醛浓度为220 mg/m^(3)的静态条件下,复合材料对甲醛的去除率提高了73%,动态条件下,复合材料对甲醛的去除有效使用时间延长了27倍;对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别可达5.5 mm和6.5 mm,具有较好的抗菌性能。本工作为开发一剂多效的高附加值竹质活性炭材料提供了有效途径。 展开更多
关键词 竹质活性炭 尿素改性 甲醛 抗菌性
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竹浆纤维水热炭微球结构可控制备研究 被引量:1
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作者 文世涛 代琳心 +3 位作者 王智辉 李振瑞 王佳军 刘杏娥 《林产化学与工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期127-134,共8页
为了实现结构可控的水热炭微球制备,以竹浆纤维为原料系统研究了水热反应条件(反应温度、反应时间和原料用量)对产物微观形貌和理化结构的影响,采用SEM、XRD、FT-IR和XPS等表征手段对材料特性进行深入探究。研究结果表明:在反应温度220... 为了实现结构可控的水热炭微球制备,以竹浆纤维为原料系统研究了水热反应条件(反应温度、反应时间和原料用量)对产物微观形貌和理化结构的影响,采用SEM、XRD、FT-IR和XPS等表征手段对材料特性进行深入探究。研究结果表明:在反应温度220℃、反应时间6 h、竹浆纤维用量6 g时,获得炭微球颗粒分散、尺寸分布较为均匀,样品固相碳得率最高达到24.3%,表明制备水热炭具有良好的固碳作用。XRD结果表明水热炭是一种无定形晶体,官能团分析显示水热炭表面富含羟基、羰基、酯基和醚键等一系列含氧官能团;产物比表面积主要介于23.2~83.7 m^(2)/g,孔隙以介孔为主,孔径主要分布于3~8 nm,最大孔容为0.35 cm^(3)/g。 展开更多
关键词 竹浆纤维 水热炭化 可控制备 炭微球
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单叶省藤材胞间层超微结构及多糖组成
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作者 文世涛 代琳心 +1 位作者 刘杏娥 马建锋 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期152-157,共6页
【目的】分析我国重要商业藤种——单叶省藤材胞间层超微结构及多糖组成,深入理解藤材细胞壁生物合成规律和力学失效机制,为藤材增韧改性以及高性能藤基复合材料开发提供理论依据。【方法】采用透射电子显微镜(TEM)和共聚焦显微拉曼光... 【目的】分析我国重要商业藤种——单叶省藤材胞间层超微结构及多糖组成,深入理解藤材细胞壁生物合成规律和力学失效机制,为藤材增韧改性以及高性能藤基复合材料开发提供理论依据。【方法】采用透射电子显微镜(TEM)和共聚焦显微拉曼光谱技术,对酸性亚氯酸钠溶液处理的藤茎横切面切片进行成像研究,分析不同类型细胞间层的微纳结构特征及多糖组成特点。【结果】TEM成像结果显示,单叶省藤材纤维和薄壁细胞分为胞间层(角隅胞间层和复合胞间层)、初生壁和次生壁,且次生壁具有宽窄交替的同心层状结构。部分脱除木质素后,纤维细胞间的角隅胞间层暴露出纤丝状网络结构,复合胞间层与邻近次生壁剥离,而薄壁细胞间层区域发生明显润胀和形变。高空间分辨率共聚焦显微拉曼光谱能够揭示出藤材纤维细胞和薄壁细胞不同形态区域中木质素、纤维素、木聚糖和果胶类物质分布规律,碳水化合物及木质素C—H伸缩振动(2789~3000 cm^(-1))特征峰成像可有效区分纤维和薄壁细胞各形态区域。木质素芳香环伸缩振动特征峰(1598 cm^(-1))积分成像发现,薄壁细胞间层木质素最易脱除,纤维细胞间层次之,2类细胞次生壁因存在酯键和醚键相连的木质素碳水化合物复合体,木质素脱除量最小。纤维素(380 cm^(-1))、木聚糖(1318 cm^(-1))和果胶(854 cm^(-1))特征峰积分成像发现,2类细胞次生壁纤维素和木聚糖呈现均一分布规律,而果胶类物质广泛存在于胞间层区域,尤其是薄壁细胞间层中。【结论】整合TEM与共聚焦显微拉曼光谱成像技术,能够成功揭示出藤材纤维和薄壁细胞间层的超微结构特征及多糖组成特点。部分脱除木质素后,纤维细胞间的角隅胞间层呈现交联的纤丝状网络结构,而薄壁细胞间层区域发生润胀,细胞间隙增大。拉曼光谱化学成像进一步证实细胞间层区域中富含果胶类物质和少量木聚糖,而纤维素较为均一地分布于细胞次生壁中。 展开更多
关键词 单叶省藤 细胞间层 超微结构 多糖组成
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