多功能纸基电极的构建及在摩擦纳米发电机和焦耳热中的应用

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作者 马文灿 焦健 +3 位作者 张凤山 李红斌 黄晨 房桂干 《林产化学与工业》 北大核心 2025年第3期1-8,共8页

以木质纤维为原料,制备具有多孔结构的纸基材料(CMPP),并进一步通过浸渍法制备具有高导电性的纸基电极(CMPE),研究其在摩擦纳米发电机(TENG)和焦耳热中的应用。研究结果表明:相较于传统纸基电极,CMPE具有良好的导电性(电导率为0.2 S/cm... 以木质纤维为原料,制备具有多孔结构的纸基材料(CMPP),并进一步通过浸渍法制备具有高导电性的纸基电极(CMPE),研究其在摩擦纳米发电机(TENG)和焦耳热中的应用。研究结果表明:相较于传统纸基电极,CMPE具有良好的导电性(电导率为0.2 S/cm)。以CMPP和CMPE制备的单电极摩擦纳米发电机(CMPE-TENG)展现出优异的电输出性能,在5 Hz频率下其输出电压达到180 V,在2.0 MΩ的负载电阻下输出功率密度达到最大值3.65 W/m^(2)。利用焦耳效应,在5 V的施加电压下,CMPE的表面温度可以达到140℃,并且CMPE电极的表面温度随施加电压的增强而逐渐升高,在4 V的施加电压下其表面温度在120 min内保持稳定。 展开更多

关键词 纸基电极 电导率 摩擦纳米发电机 焦耳热

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两种竹材机械浆顽固发色基团结构特点解析

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作者 焦健 朱北平 +3 位作者 李红斌 韩善明 房桂干 杨成 《林产化学与工业》 北大核心 2025年第4期1-9,共9页

在乙醇/水二元介质漂白体系下,对比研究了慈竹和青皮竹2种竹材原料制得的高白度漂白化学热磨机械浆(BCTMP)中残留的顽固发色基团的结构特点,发现制备相同高白度(80.0%(ISO)以上)纸浆,2种原料的漂白机理有显著差异。青皮竹浆料因呋喃类... 在乙醇/水二元介质漂白体系下,对比研究了慈竹和青皮竹2种竹材原料制得的高白度漂白化学热磨机械浆(BCTMP)中残留的顽固发色基团的结构特点,发现制备相同高白度(80.0%(ISO)以上)纸浆,2种原料的漂白机理有显著差异。青皮竹浆料因呋喃类共轭结构的化学稳定性较高,需要增加氢氧化钠用量以促进苯环侧链共轭基团脱除才能实现目标白度。高白度慈竹化学热磨机械浆(N-BCTMP)中的顽固发色基团结构主要有呋喃类共轭结构,以及木质素结构中的氧化紫丁香基(S′)、氧化愈创木基(G′)和对香豆酸酯(p CA)3种共轭结构,而高白度青皮竹化学热磨机械浆(B-BCTMP)中的顽固发色基团则以呋喃类共轭结构为主。通过分析2种体系漂白终段溶出物结构特征的差异,推测青皮竹漂白工艺氢氧化钠用量相对较多、漂白浆中木质素结构脱除较彻底,应归因于其浆料中非苯环侧链共轭类的呋喃类共轭结构连接较稳固,难以脱除。 展开更多

关键词 慈竹 青皮竹 机械浆 顽固发色基团

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纤维素酶预处理对杨木磨浆能耗及浆料性能的影响研究

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作者 耿博 梁龙 +3 位作者 韩善明 吴珽 沈葵忠 房桂干 《林产化学与工业》 北大核心 2025年第4期97-104,共8页

在传统盘磨机械浆(RMP)的基础上,通过前期对杨木进行化学预浸渍处理、加入纤维素酶进行生物-化学预处理、生物-化学预处理前增加盘磨机械预处理来探究纤维素酶的影响,对比了RMP、化学机械浆(CMP)、生物化学浆(BMP)和机械生物化学浆(M-B... 在传统盘磨机械浆(RMP)的基础上,通过前期对杨木进行化学预浸渍处理、加入纤维素酶进行生物-化学预处理、生物-化学预处理前增加盘磨机械预处理来探究纤维素酶的影响,对比了RMP、化学机械浆(CMP)、生物化学浆(BMP)和机械生物化学浆(M-BMP)的磨浆能耗、纤维形态以及机械强度和光学性能。实验证实:纤维素酶的加入可以润胀纤维并对其进行可控水解,磨浆能耗从2550 kW·h/t降低至2106 kW·h/t,节约磨浆能耗13%以上;生物-化学预处理最高可将纤维宽度从21.70μm提高至23.20μm,将浆料中细小纤维比例从18.89%增加到24.51%;X射线衍射(XRD)和红外分析证明酶处理可以降解无定形区纤维素,使得纤维物料的相对结晶度上升;浆料耐破指数从0.34 kPa·m^(2)/g提升至0.46 kPa·m^(2)/g,抗张指数从9.22 N·m/g提升至12.66 N·m/g,较BMP分别提升35.29%和37.31%。此外,通过白度与不透明度的分析,证实了纤维素酶对高得率浆光学性能的影响在可控范围内。 展开更多

关键词 纤维素酶 磨浆能耗 纤维形态 耐破指数 抗张指数

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预浸渍溶出物对巨尾桉机械浆漂白性能的影响 被引量：4

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作者 焦健 焦婷 +5 位作者 王友成 邓拥军 朱北平 田庆文 韩善明 房桂干 《中国造纸学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期27-37,共11页

以巨尾桉热磨机械浆为研究对象,研究了3种化学品用量下(氢氧化钠10 kg/t、氢氧化钠30 kg/t、氢氧化钠10 kg/t+过氧化氢30 kg/t),3种预浸渍溶出物保留工艺对后续浆料漂白性能的影响。利用元素分析及裂解气质联用,比较了3种预浸渍溶出物... 以巨尾桉热磨机械浆为研究对象,研究了3种化学品用量下(氢氧化钠10 kg/t、氢氧化钠30 kg/t、氢氧化钠10 kg/t+过氧化氢30 kg/t),3种预浸渍溶出物保留工艺对后续浆料漂白性能的影响。利用元素分析及裂解气质联用,比较了3种预浸渍溶出物的化学结构。结果表明,预浸渍处理浆的漂白性能均比桉木单段漂浆料漂白性能有较大提升,不同化学品用量预浸渍处理产生的预浸渍溶出物,在不同保留程度下,会对后续浆料的漂白性能有不同程度的负面作用。浆料中氮元素的溶出程度与浆料后续漂白性能的提升具有一定关联性。 展开更多

关键词 桉木机械浆 漂白 预浸渍 溶出物

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过氧化氢漂白过程中慈竹机械浆发色基团演变及溶出机制 被引量：2

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作者 焦健 朱北平 +5 位作者 韩善明 梁芳敏 苏晨 房桂干 谢章红 沈葵忠 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期77-87,共11页

在常规工艺下难以制备高白度(>78%)竹材化学机械浆是制约竹类资源在高附加值纸产品领域规模化应用的关键技术瓶颈。使用乙醇-水二元介质碱性过氧化氢漂白体系可以突破当前慈竹机械浆漂白上限,将纸浆白度提升至80%以上。以慈竹机械浆... 在常规工艺下难以制备高白度(>78%)竹材化学机械浆是制约竹类资源在高附加值纸产品领域规模化应用的关键技术瓶颈。使用乙醇-水二元介质碱性过氧化氢漂白体系可以突破当前慈竹机械浆漂白上限,将纸浆白度提升至80%以上。以慈竹机械浆为原料,对比研究了常规过氧化氢用量(90 kg/t)水相体系两段漂工艺、高过氧化氢用量(180 kg/t)水相四段漂工艺和高过氧化氢用量(180 kg/t)乙醇-水二元介质相四段漂工艺中各段处理所得纸浆的发色基团结构特点,以及3种工艺漂白段溶出物的结构特点,以此探索二元体系漂白过程中发色基团形成和溶出规律。结果表明,在漂白过程中,慈竹机械浆中的苯环类共轭结构含量逐渐降低,但在化学品用量较大的漂白段会生成在水相体系无法被破坏和溶出的呋喃类共轭结构。在漂白体系中引入乙醇,可以显著提高呋喃类共轭结构的溶出效率,同时发现浆料中溶出的部分苯环结构发生了开环反应,推测碱性条件下乙醇电离的微量乙氧根离子对呋喃类共轭结构的脱除具有关键性作用。慈竹机械浆发色基团演变及溶出机制可为开发经济上可行的竹类机械浆漂白工艺提供理论基础。 展开更多

关键词 慈竹机械浆 漂白 发色基团 溶出机制 演变机制

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糠醛渣基磁性多孔炭的制备及其吸附性能研究

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作者 汪奇 张欣 +3 位作者 姜炜坤 王孝辉 刘玉 王慧梅 《中国造纸学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期155-162,共8页

以糠醛渣为原料,通过氯化镍浸渍和氯化锌活化制备了糠醛渣衍生的磁性多孔炭。结果表明,制备的多孔炭不仅具有磁性,还含有丰富的官能团和多孔结构;当浸渍后原料与氯化锌的质量比为1∶2时,比表面积达1051 m^(2)/g,45℃下对亚甲基蓝的吸附... 以糠醛渣为原料,通过氯化镍浸渍和氯化锌活化制备了糠醛渣衍生的磁性多孔炭。结果表明,制备的多孔炭不仅具有磁性,还含有丰富的官能团和多孔结构;当浸渍后原料与氯化锌的质量比为1∶2时,比表面积达1051 m^(2)/g,45℃下对亚甲基蓝的吸附量可达732.5 mg/g,且吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型。 展开更多

关键词 糠醛渣 多孔炭 亚甲基蓝 吸附性能

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3种木质纤维原料热水抽出物抗氧化性的研究

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作者 焦婷 朱北平 +4 位作者 郭文亮 焦健 韩善明 房桂干 谢章红 《中国造纸学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期63-70,共8页

本研究对青皮竹、桉木和杨木3种木质纤维原料进行热水抽提处理(95℃,1 h,浆浓5%),比较了不同热水抽出物的抗氧化性差异,通过紫外可见分光光度计、凝胶渗透色谱仪、热解-气相色谱/质谱联用仪和傅里叶变换红外光谱仪等分析设备和方法,研... 本研究对青皮竹、桉木和杨木3种木质纤维原料进行热水抽提处理(95℃,1 h,浆浓5%),比较了不同热水抽出物的抗氧化性差异,通过紫外可见分光光度计、凝胶渗透色谱仪、热解-气相色谱/质谱联用仪和傅里叶变换红外光谱仪等分析设备和方法,研究了不同木质纤维原料热水抽出物的抗氧化性及化学结构差异。结果表明,桉木热水抽出物的抗氧化性最强(半抑制浓度为51.80 mg/L),优于商业抗氧化剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(半抑制浓度为87.99 mg/L);不同木质纤维原料热水抽出物的抗氧化性与其酚羟基含量和共轭结构相关;热水抽出物的主要组分为木质素、多糖等有机大分子合成反应过程的中间产物。 展开更多

关键词 木质纤维 热水抽出物 抗氧化性 酚羟基

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两种机械处理方式对生物质原料反应性能的影响 被引量：4

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作者 梁芳敏 焦健 +2 位作者 朱北平 邓拥军 房桂干 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期117-123,共7页

减小生物质原料粒径是提高生物质精练过程中组分分离效率的关键步骤,生物质粒径的大小以及不同机械处理方式对原料反应性能的影响尚不明确。本研究对比了机械粉碎与双螺杆挤压机联合盘磨处理获得物料的反应性能,结果表明:机械粉碎物料... 减小生物质原料粒径是提高生物质精练过程中组分分离效率的关键步骤,生物质粒径的大小以及不同机械处理方式对原料反应性能的影响尚不明确。本研究对比了机械粉碎与双螺杆挤压机联合盘磨处理获得物料的反应性能,结果表明:机械粉碎物料受到剪切力作用,长度变短导致粒径变小,纤维仍然呈紧密的束状结构;随着粒径减小,比表面积与吸液能力随之增加,反应性能越好,粒径小于0.18 mm的物料反应性能最优。双螺杆挤压机联合盘磨机利用剪切力、摩擦力、挤压力使物料纤维微纤丝化,打开了部分闭合纹孔。与粒径小于0.18 mm的粉碎机粉碎物料相比,双螺杆挤压联合盘磨获得的物料比表面积提高了31.54%,吸液能力提高了43.46%;过氧化氢预处理时,木质素去除率提高31.93%,预处理后酶解葡萄糖得率提高54.19%。实验表明,双螺杆挤压机联合盘磨处理比机械粉碎更利于提高生物质反应性能。 展开更多

关键词 机械预处理 生物质 盘磨机 双螺杆挤压机 粒径 反应性能

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慈竹机械浆顽固发色基团结构特征初探 被引量：4

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作者 焦健 朱北平 +5 位作者 李刚 田庆文 房桂干 邓拥军 沈葵忠 梁芳敏 《中国造纸学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期43-48,共6页

常规工艺条件无法制备高白度化学热磨机械浆(CTMP)是制约竹类原料在高附加值纸产品领域广泛应用的主要原因之一。本研究以慈竹机械浆(TMP)为研究对象,通过强化预处理将纸浆白度由常规工艺的71.6%ISO提高至74.9%ISO。比较两种工艺条件制... 常规工艺条件无法制备高白度化学热磨机械浆(CTMP)是制约竹类原料在高附加值纸产品领域广泛应用的主要原因之一。本研究以慈竹机械浆(TMP)为研究对象,通过强化预处理将纸浆白度由常规工艺的71.6%ISO提高至74.9%ISO。比较两种工艺条件制备的纸浆的紫外-可见光反射光谱和拉曼光谱图谱,发现强化预处理可以大量去除纸浆中的某些苯环侧链不饱和共轭结构,但会增加某些次生发色基团。初步判断慈竹TMP顽固发色基团的结构可能是某些苯环侧链不饱和共轭结构和呋喃类共轭结构。 展开更多

关键词 慈竹机械浆 漂白 顽固发色基团

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竹材机械浆顽固发色基团结构解析及其脱除机理初探 被引量：1

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作者 焦健 朱北平 +5 位作者 韩善明 梁芳敏 苏晨 房桂干 谢章红 沈葵忠 《中国造纸学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1-9,共9页

竹类原料木质素含量较高、细胞壁较厚、纹孔少且小、不利于药液渗透等原因使得常规条件下竹材机械浆无法制备高白度纸浆。本研究使用一种温和快速的新型漂白系统——乙醇-水二元介质碱性过氧化氢漂白体系处理慈竹机械浆(TMP),利用木质... 竹类原料木质素含量较高、细胞壁较厚、纹孔少且小、不利于药液渗透等原因使得常规条件下竹材机械浆无法制备高白度纸浆。本研究使用一种温和快速的新型漂白系统——乙醇-水二元介质碱性过氧化氢漂白体系处理慈竹机械浆(TMP),利用木质素在乙醇中良好的溶解性以及碱性条件下乙氧根离子较强的亲核进攻能力,改善药液渗透效果,破坏并溶出慈竹TMP中的顽固发色基团,突破了当前慈竹TMP的漂白上限,将纸浆白度提升至80%ISO以上。本研究对比研究了在相同过氧化氢用量下,常规水相体系与乙醇-水二元介质体系所得慈竹TMP顽固发色基团的结构特点,发现慈竹TMP中的顽固发色基团结构分别为:呋喃类共轭结构、环戊烯酮类共轭结构和木质素结构中的S’、G’、I、FA和pCA五种共轭连接结构。通过分析两种体系漂白终段溶出物结构特征的差异,推测碱性条件下乙醇电离的微量乙氧根离子对顽固发色基团的脱除具有关键性作用。本研究可为开发经济高效和绿色可持续的新型竹类TMP漂白方法提供理论依据和数据支持。 展开更多

关键词 慈竹机械浆 漂白 顽固发色基团 脱除机理

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不同溶剂辅助碱性过氧化氢脱除木质素的研究

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作者 朱北平 焦健 +2 位作者 梁芳敏 邓拥军 房桂干 《林产化学与工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期74-80,共7页

为了探究木质纤维原料在不同有机溶剂辅助碱性过氧化氢条件下脱除木质素的效果,以碱性过氧化氢体系(AHP)为参照,考察了乙醇碱性过氧化氢(EAHP)、二氧六环碱性过氧化氢(DAHP)对杨木机械浆脱除木质素后的组分变化。通过高效液相色谱(HPLC... 为了探究木质纤维原料在不同有机溶剂辅助碱性过氧化氢条件下脱除木质素的效果,以碱性过氧化氢体系(AHP)为参照,考察了乙醇碱性过氧化氢(EAHP)、二氧六环碱性过氧化氢(DAHP)对杨木机械浆脱除木质素后的组分变化。通过高效液相色谱(HPLC)、傅里叶变换红外光谱(FI-IR)、凝胶渗透色谱(GPC)、核磁共振磷谱(^(31)P NMR)表征分析了碱木质素(AL)、碱性过氧化氢木质素(AHPL)、乙醇碱性过氧化氢木质素(EAHPL)和二氧六环碱性过氧化氢木质素(DAHPL)的化学结构、分子质量和羟基含量的变化。研究结果表明:3种反应体系均导致脱木质素后物料得率不同程度降低,并导致了大量半纤维素的溶出。与AHP、DAHP相比,EAHP更有利于保存纤维素和溶出较多的木质素,木质素脱除率最高达65%。与AL相比,AHPL、EAHPL、DAHPL红外光谱峰型基本一致,均属于GS型。制备的木质素数均分子质量(M_(n))最小为4672 g/mol,分散性较好,酚羟基的量较少,但是脂肪族羟基和羧基羟基的量较高,最高值分别为14.95和1.25 mmol/g。 展开更多

关键词 碱性过氧化氢 脱木质素 有机溶剂

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