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高碘酸钠氧化制备醛基化巴沙木气凝胶的物理性能表征
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作者 季秋琳 韦柏任 +5 位作者 梁爽 王凯印 朱鸿飞 秦永胜 王瑞 何文 《林业工程学报》 北大核心 2025年第3期46-53,共8页
木材作为一种具有多尺度孔隙结构的生物质材料,在气凝胶开发应用方面具有巨大的潜能。以天然巴沙木为原料,通过脱木素联合高碘酸钠氧化处理,选择性地将纤维素分子链上C_(2)、C_(3)位的羟基氧化为醛基,自上而下地制备了一种醛基化木材气... 木材作为一种具有多尺度孔隙结构的生物质材料,在气凝胶开发应用方面具有巨大的潜能。以天然巴沙木为原料,通过脱木素联合高碘酸钠氧化处理,选择性地将纤维素分子链上C_(2)、C_(3)位的羟基氧化为醛基,自上而下地制备了一种醛基化木材气凝胶。通过调控高碘酸钠与木材的质量比(1∶1~4∶1),在氧化时间为4 h、氧化温度为60℃条件下制备出醛基化木材气凝胶,并对其微观结构、化学成分及物理性能进行表征。研究表明:高碘酸钠与木材质量比为3∶1时制备的醛基化木材气凝胶(ANWA-3)具有丰富的纳米孔隙结构和高醛基含量,且力学性能优良,展现出优异的综合性能。具体地,ANWA-3的密度为0.050 g/cm^(3),仅为巴沙木的22.0%;同时,ANWA-3的比表面积达到了36.6 m^(2)/g,其醛基含量达到了1.63 mmol/g。微观结构观察证实了ANWA-3细胞壁中形成了丰富的纳米孔隙结构,且细胞壁厚度明显减少;傅里叶变换红外光谱(FT-IR)显示在1735 cm^(-1)处存在明显的醛基特征峰,X射线光电子能谱指出C_(3)峰面积高达49.0%,证实了木材纤维素分子链中的羟基被氧化成醛基。尽管ANWA-3的结晶度下降至48.0%,但是氧化生成的醛基与羟基形成更稳定的半缩醛结构,压缩强度仍能达到7.6 MPa。因此,本研究通过脱木素联合高碘酸钠氧化制备出的巴沙木气凝胶不仅高度醛基化,而且具有高比表面积和丰富的纳米孔隙结构,为功能化木材气凝胶的制备提供了新的研究思路。 展开更多
关键词 木材气凝胶 高碘酸钠 醛基化 比表面积 压缩强度 巴沙木
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木材气凝胶过滤膜的制备及其处理含铜废水效果 被引量：1
2
作者 曹济舟 何文 +4 位作者 周培国 韦柏任 王瑞 梁爽 季秋琳 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期113-120,共8页
随着经济发展,重金属污染对生态环境和人类健康的危害日趋严重,制备工艺简单且可高效吸附重金属的新材料逐渐成为当前研究的热点。本研究以天然巴沙木为基材,在脱除木质素的基础上通过2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)氧化处理制备出... 随着经济发展,重金属污染对生态环境和人类健康的危害日趋严重,制备工艺简单且可高效吸附重金属的新材料逐渐成为当前研究的热点。本研究以天然巴沙木为基材,在脱除木质素的基础上通过2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)氧化处理制备出了具有三维纳米网络结构的木材气凝胶过滤膜(TDWM),通过TEMPO氧化处理选择性地将纤维素中C 6位的羟基氧化成羧基,利用纤维素分子链间羧基的静电排斥作用将细胞壁分离成微纤丝纳米网络结构,提高木材比表面积的同时,利用细胞壁中产生的纳米孔隙结构,增加Cu^(2+)与细胞壁的接触面积,同时气凝胶过滤膜孔道中丰富的羧基为Cu^(2+)的吸附提供了大量活性位点。实验结果表明,TDWM对Cu^(2+)的最大静态吸附量达到115 mg/g,其吸附反应符合拟二阶动力学模型和Langmuir模型,说明气凝胶过滤膜中的羧基对Cu^(2+)通过化学络合而产生单层吸附;动态过滤结果显示,在1~5 mm的厚度范围内,TDWM的厚度与Cu^(2+)的去除效率呈正相关性,而且随着过滤层数的增加,Cu^(2+)的去除效率也会增大,厚度为5 mm的3层TDWM装置对Cu^(2+)的动态去除率可达98.28%。本研究制备的木材气凝胶过滤膜不仅工艺简单,而且具有优异的Cu^(2+)去除能力,对高效去除污水中的重金属离子显示出较大的应用潜力。 展开更多
关键词 木材气凝胶过滤膜 TEMPO氧化处理 铜离子 动态吸附 吸附机理
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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 被引量：1
3
作者 郭飞宇 何文 +5 位作者 王瑞 韦柏任 梁爽 季秋琳 胡纲正 李文轩 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期122-130,共9页
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,... 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/cm^(2)扫描速率下的比电容达到389 F/g、面电容为10.5 F/cm^(2),而且在10 mA/cm^(2)扫描速率下经过10000次循环后的电容保持率为95.1%。本研究通过在木材中构建连续的导电纳米网络结构,显示出优异的电化学性能,为木质基材在电极材料中的应用提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 木材气凝胶 纳米结构 碳纳米管 聚吡咯 电化学性能
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