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西南林大徐開蒙教授團(tuán)隊(duì) CEJ：利用蒸汽爆破、高溫碳化和射頻等離子體協(xié)同改性制備高效選擇性吸附甲醛的多孔竹碳微米纖維
2022-12-10  來源：高分子科技

  近日，西南林業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院徐開蒙教授團(tuán)隊(duì)在國際權(quán)威期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院一區(qū)TOP，IF=16.744）在線發(fā)表了題為《Gaseous formaldehyde adsorption by eco-friendly, porous bamboo carbon microfibers obtained by steam explosion, carbonization, and plasma activation的研究論文。徐開蒙教授為論文通訊作者，2020級(jí)材料與化工專業(yè)碩士研究生蘇柑錨為論文第一作者，杜官本教授和美國田納西大學(xué)王思群教授為論文共同通訊作者。其他作者包括材料與化學(xué)工程學(xué)院碩士研究生熊進(jìn)輝、李秋實(shí)，材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生駱?biāo)歼b、張玉鵬，國際竹藤中心鐘土華副研究員，美國田納西大學(xué)David P. Harper教授，美國佐治亞理工學(xué)院Zhenguan Tang博士以及學(xué)院解林坤教授、柴希娟教授、張蓮鵬副教授和吳春華教授等。


  該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金（32060381）、云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究面上項(xiàng)目（202201AT070058，2019FB067）、云南省教育廳科學(xué)研究基金研究生項(xiàng)目（2022Y552）、云南省“興滇英才支持計(jì)劃”青年人才專項(xiàng)（YNWR-QNBJ-2020-203）和高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃“111”項(xiàng)目（D21027）等的資助。



  該工作首次利用蒸汽爆破、高溫碳化和射頻等離子體協(xié)同改性的方法對(duì)云南特色竹種—巨龍竹進(jìn)行處理，制備了對(duì)室內(nèi)有害甲醛氣體具有高效選擇性吸附能力的多孔竹碳微米纖維。在最優(yōu)協(xié)同處理?xiàng)l件下，竹碳微米纖維對(duì)甲醛的吸附量可達(dá)205.28mg/g，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的竹炭、竹活性炭、商業(yè)活性炭以及其他通過化學(xué)濕法改性制備的生物質(zhì)基活性炭。結(jié)合密度泛函理論計(jì)算揭示了O–C=O和pyrrolic N兩種最優(yōu)含氧含氮官能團(tuán)對(duì)甲醛分子吸附的增效機(jī)理。該工作提出的多孔竹碳微米纖維制備工藝簡單、成本低廉、綠色環(huán)保，為國家和云南省竹木資源的高值化開發(fā)利用提供了新思路與新途徑，具有巨大的市場推廣和應(yīng)用潛力，是林業(yè)工程學(xué)科對(duì)國家“雙碳”戰(zhàn)略和云南省“生態(tài)文明排頭兵建設(shè)”的重要支撐。  


圖1 多孔竹碳微米纖維制備流程及氣態(tài)甲醛吸附機(jī)理 



圖2 等離子體改性竹碳微米纖維XPS的C 1s、N 1s、O 1s譜圖：（a）240W氧氣等離子體處理，（b）120W氮?dú)獾入x子體處理  


圖3 多孔竹碳微米纖維幾種典型含氧含氮官能團(tuán)對(duì)甲醛分子吸附能理論計(jì)算


圖4 與商用活性炭、活性碳纖維和生物質(zhì)基活性炭吸附性能比較


  徐開蒙教授團(tuán)隊(duì)近年來聚焦于生物質(zhì)微納米功能纖維材料和生物質(zhì)功能復(fù)合材料等的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究工作，在生物質(zhì)/高分子樹脂復(fù)合材料、纖維素/殼聚糖基納米纖維水體重金屬吸附功能材料、竹基多孔微米纖維甲醛氣體吸附功能材料和生物質(zhì)碳納米纖維電極材料等方面開展了一系列研究，已在《Composites Part B: Engineering》、《Composites Science & Technology》、《Industrial Crops & Products》、《Cellulose》、《Journal of Materials Research & Technology》、《Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers》、《International Biodeterioration & Biodegradation》和《Journal of Applied Polymer Science》等國際知名SCI刊物以第一及通訊作者身份發(fā)表SCI期刊收錄論文近30篇，出版中英文專著5部，指導(dǎo)學(xué)生獲“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽云南省省級(jí)金獎(jiǎng)3項(xiàng)，銀、銅獎(jiǎng)5項(xiàng)，培養(yǎng)研究生赴國際竹藤中心和吉林大學(xué)等攻讀博士學(xué)位。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140686

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