生物质化学工程

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咖啡渣活性炭的制备、表征及其对Cr(Ⅵ)的吸附机制研究

任杰,万力,陈楠纬,杨帆,孙水裕,任随周

2020 (4): 1-8. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.001

摘要 ( 668 )

HTML ( 1644111956 )

PDF(2147KB) ( 1088 )

以碘吸附值为评价指标，活化时间、活化温度和浸渍比为影响因素，采用响应面法试验设计对磷酸活化法制备咖啡渣活性炭的工艺条件进行优化，并通过静态吸附试验研究了不同吸附时间、溶液pH值和吸附温度条件下，活性炭对水溶液中Cr（Ⅵ）吸附性能的影响，最后利用Langmuir、Freundlich吸附等温方程、准一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内部扩散方程进行拟合。试验结果表明，制备咖啡渣活性炭的最佳工艺条件为活化时间1 h、活化温度498℃、浸渍比1.72；在此条件下活性炭得率为30.4%，碘吸附值为（799±16）mg/g，比表面积为1 006 m²/g，孔容为0.779 cm³/g、微孔孔容为0.051 cm³/g、平均孔径为3.088 nm。较低pH值和较高温度能够促进活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附；Langmuir等温方程能够更好地描述活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附效果；活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附分3个阶段：快速吸附阶段、慢速吸附阶段和吸附平衡阶段，10 min内可完成吸附总量的79%，360 min内达到吸附平衡，该吸附过程符合准二级吸附动力学方程。分析表明咖啡渣活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附主要为单分子层的化学吸附。

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离子液体对高酸值油脂的催化酯化降酸效果研究

李惠文,杨铃梅,吕鹏梅,王忠铭,苗长林,袁振宏

2020 (4): 9-15. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.002

摘要 ( 533 )

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PDF(711KB) ( 758 )

以制备的1-丙基磺酸-3-甲基咪唑对甲苯磺酸（[MIMPS][C₇H₇O₃S]）离子液体为催化剂结合自行设计的反应装置，对高酸值酸化油进行酯化降酸试验，考察了甲醇通入量、催化剂用量、反应温度和反应时间等因素对酸化油转化率和预酯化油酸值的影响，并考察了催化剂的重复使用性能。对离子液体的红外光谱分析结果表明制备的离子液体符合反应产物化学结构特征；热稳定性分析表明该离子液体在200℃以下具有较好的稳定性。通过单因素与正交试验确定最佳工艺条件：酸化油50 g、甲醇通入量0.99 mL/min、催化剂用量（以酸化油质量计）2.5%、反应时间3 h、反应温度105℃，在此条件下转化率可达98.42%，酸值由120 mg/g变为1.9 mg/g。油脂酯化降酸后酸值达到后续酯交换制备生物柴油酸值小于4 mg/g的指标要求。催化剂重复使用9次，转化率仍保持在75%以上，说明酸性离子液体催化剂对高酸值原料酯化降酸有很好的催化活性且具有良好的稳定性。

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淫羊藿药渣菌糠复合高吸水树脂的制备及性能研究

朱安祥,邓廷飞,潘雄,田言,杨小生

2020 (4): 16-22. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.003

摘要 ( 467 )

HTML ( 12481 )

PDF(2765KB) ( 789 )

以淫羊藿药渣为原料，经食用菌平菇栽培后得到药渣菌糠；然后以药渣菌糠为原料，丙烯酸（AA）为单体，N，N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，过硫酸铵（APS）为引发剂，亚硫酸钠（SBS）为助引发剂，采用水溶液聚合法接枝共聚制备药渣菌糠基复合高吸水树脂（SAP）。探讨了制备条件对吸水率的影响，得到最佳工艺条件为菌糠用量1.50 g、AA用量6.00 g、AA中和度70%、APS用量0.090 g、SBS用量0.030 g、MBA用量0.010 5 g，并在此最佳工艺条件下以未经处理的淫羊藿药渣制备高吸水树脂进行对照；结果表明：在最优工艺条件下制备的菌糠基复合高吸水树脂对过滤水和生理盐水的吸水率分别为1 234.96和71.11 g/g，远远高于原药渣接枝共聚得到的高吸水树脂。药渣菌糠基复合高吸水树脂还具有良好的保水性能，168 h后的保水率为22.59%。FT-IR分析结果表明丙烯酸成功接枝到菌糠上；通过扫描电镜观察发现其表面为粗糙多孔结构。

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汽爆秸秆对磷矿粉溶解作用及其溶解残渣对小麦生长的影响

刘菲菲,王岚,李佐虎,陈洪章

2020 (4): 23-29. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.004

摘要 ( 591 )

HTML ( 37254 )

PDF(2236KB) ( 833 )

为探究生物质对磷矿粉的溶解作用，以玉米秸秆为原料，利用蒸汽爆破（汽爆）技术释放有机酸，在高温水热条件下溶解磷矿粉并制备含磷腐殖酸。通过实验对汽爆秸秆溶解磷矿粉工艺进行了探究及优化，并利用傅里叶红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线荧光光谱（XRF）进行分析和表征。研究结果表明：15 g汽爆秸秆与1 g磷矿粉以及75 mL水在170℃、加入10% CaCl₂的条件下，反应3 h的溶磷量为1.46 mg/g（以秸秆质量计，下同）。加入与磷矿粉相同质量的NaHSO₄后可使体系pH值降低至2，pH值的降低是磷溶出的关键因素，溶磷量提高为13.10 mg/g。溶磷后的秸秆制备腐殖酸作为小麦盆栽肥料，用量0.2%时，小麦株高、根长、叶绿素含量和相对电导率均显著高于空白组。

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壳聚糖/聚乙烯醇/壳寡糖抑菌纳米纤维膜的制备和性能研究

刘永旭,张大伟

2020 (4): 30-36. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.005

摘要 ( 602 )

HTML ( 1428 )

PDF(4478KB) ( 900 )

以壳聚糖（CS）为基材，使用静电纺丝的方法制备了搭载壳寡糖（CHOS）的CS/聚乙烯醇（PVA）/CHOS纳米纤维膜，并对纳米纤维膜的微观形貌、结构、抑菌性、亲水性以及溶解性能进行了研究。研究发现：CS/PVA/CHOS纳米纤维膜具备均匀密致的微观形貌；FT-IR测试表明，CHOS以物理混合的形式分散在CS/PVA/CHOS纳米纤维膜中；XRD测试表明，CHOS的加入改变了纳米纤维膜的结晶性，促进了各组分之间的相容性；水接触角测试表明纳米纤维膜具备良好的亲水性，在m（CS）：m（PVA）：m（CHOS）=20：80：10时，CS/PVA/CHOS纳米纤维膜的接触角相比于m（CS）：m（PVA）=20：80的CS/PVA纳米纤维膜由59.8°下降到37.5°；抑菌性能和溶解性能测试表明，m（CS）：m（PVA）：m（CHOS）=20：80：10时的CS/PVA/CHOS纳米纤维膜相比于未搭载CHOS的CS/PVA纳米纤维膜，抑菌性提升了38.9%，溶解率提升了38.6%。

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磷酸法木质活性炭除灰新工艺研究

徐茹婷,许伟,卢辛成,孙康

2020 (4): 37-41. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.006

摘要 ( 750 )

HTML ( 135 )

PDF(449KB) ( 882 )

研究了磷酸在不同加热温度下生成聚合磷酸的水溶性和酸溶性。结果表明：随着加热温度的升高，磷酸形成的聚合磷酸的溶解性下降，水溶解度和酸溶解度分别从98.71%和98.93%降低至73.12%和74.80%。以商品磷酸法木质活性炭为样品，以常规水洗除灰为对照，研究了酸洗、加热洗涤、添加氧化剂次氯酸、离心脱水方式等对活性炭灰分及其吸附性能的影响，并对洗涤后的活性炭样品进行比表面积及孔结构测定，确定了适宜的洗涤条件：洗涤温度为80℃，使用5% HCl并添加次氯酸洗2次，水洗3次，洗涤过程均用离心脱水方式。洗涤过后，活性炭样品的灰分从常规水洗除灰的6.24%降低至1.49%；此时活性炭的比表面积1 503 m²/g、孔径3.656 nm、孔容积1.361 cm³/g、碘吸附值975 mg/g、亚甲基蓝吸附值277.5 mg/g、焦糖脱色率110%，相比水洗除灰均有所增大。因此，活化过程在较低温度下进行并使用上述组合除灰工艺可制备出低灰分磷酸法木质活性炭。

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椰衣微波热解工艺的响应面法优化及液体产物组成分析

代琪琪,魏小翠,汤宏彪,李进,王晋京

2020 (4): 42-48. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.007

摘要 ( 451 )

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PDF(1152KB) ( 893 )

利用Box-Behnken试验设计，采用响应面法对椰衣微波热解工艺进行优化，考察了热解温度、氮气流速、升温速率和热解时间对液体产物产率的影响。试验结果表明：回归方程模型拟合较好且显著。各个因素对液体产物的产率影响的主次顺序为热解温度>氮气流速>热解时间>升温速率。最佳热解条件为热解温度550℃、氮气流速80 mL/min、升温速率20℃/min、热解时间25 min，在此条件下液体产物产率为38.28%。对液体产物的性质和组成分析发现：优化条件下得到的液体产物中含水量为14.32%，pH值为3.78，热值为24.61 MJ/kg。通过GC-MS对液体产物进行分析，最佳条件下得到的液体产物中主要含有酚、醛、酸、酮类化合物，分别为84.35%、6.01%、3.37%、2.05%，其中酚类化合物的量最高，包括苯酚（33.51%）、对甲酚（9.71%）、2-甲氧基苯酚（10.99%）和4-乙基-2-甲氧基苯酚（5.57%）。

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基于专利的纳米纤维素技术现状与分析

尚玮姣,王璐

2020 (4): 49-56. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.008

摘要 ( 533 )

HTML ( 9807896 )

PDF(3503KB) ( 1010 )

通过智慧芽专利分析系统收集国内外纳米纤维素专利数据，运用定量的专利分析、专利地图聚类及多主路径方法，对纳米纤维素专利公开趋势、专利权人地域分布、主要专利权人、高被引专利、主要技术领域和技术演化路径进行分析。结果表明：纳米纤维素专利技术处于快速发展阶段，是国内外研究的热点；美国、中国、日本、印度、芬兰等国家处于领先地位；我国纳米纤维素专利申请以大学为主，专利数量众多，在世界范围内排名第一，但缺乏高质量、高影响力的专利，影响力有待提高；纳米纤维素的制备方法一直是重点，且应用领域非常广泛。

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纳米纤维素的疏水改性及应用研究进展

孙琳,刘华玉,刘坤,张筱仪,解洪祥,张蕊,李海明,司传领

2020 (4): 57-66. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.009

摘要 ( 2762 )

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PDF(944KB) ( 1716 )

纳米纤维素作为一种性能优越的可再生纳米材料，应用前景极为广阔。然而，由于纳米纤维素结构上富含羟基，使其具有极强的亲水性，严重影响了纳米纤维素的疏水性能，并且在一定程度上限制了其在复合材料领域的应用。综述了纳米纤维素疏水改性的研究进展，从物理吸附、表面化学修饰（甲硅烷化、烷酰化、酯化等）、聚合物接枝共聚3个方面简述了目前应用较为广泛的疏水化改性方法，并对疏水纳米纤维素在包装材料、造纸、水净化等方面的应用现状进行了总结。最后对疏水改性纳米纤维素的未来发展进行了展望，旨在为疏水纳米纤维素的研究和应用提供参考。

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