学术动态

近日，我院吴义强院士、左迎峰教授研究团队在国际知名期刊《Journal of Bioresources and Bioproducts》（影响因子13，中科院一区TOP期刊）发表了题为“Component modulation of bamboo scraps enhances interfacial compatibility and strength of thermal insulation composites”（竹碎料组分调控增强隔热复合材料界面相容性与强度）的研究论文。我院硕士研究生姚海燕为第一作者，博士生郑龙为共同第一作者，吴义强院士与左迎峰教授为通讯作者，中南林业科技大学为论文唯一完成单位。该研究得到国家自然科学基金面上项目（32571968）及湖南省自然科学基金项目（2023JJ10100）的支持。

竹碎料是竹材加工中产生的大量剩余物，传统填埋或焚烧方式既浪费资源又释放大量二氧化碳。将其与氯氧镁水泥复合制备轻质建材是实现碳封存与资源循环利用的有效路径。然而，这一技术路线的核心难题在于竹碎料表面的疏水蜡质层与浸出物会严重破坏无机-有机界面结合，不仅干扰水泥水化，还导致材料孔隙结构劣化、力学性能下降。传统碱处理虽能在一定程度上改善界面相容性，但其产生的废液化学需氧量（COD）高、碱性极强，处理成本高昂且环境负担沉重。针对这一瓶颈，团队提出了一种基于碳酸铵（AC）弱碱溶液的组分调控新策略。该策略的独特之处在于实现了“化学去除”与“物理软化”的协同：碳酸铵分解释放的NH₃可深入纤维素结晶区，溶胀微纤丝从而软化刚性竹骨架，减轻其对水泥基体孔结构的破坏；同时，CO₃^2-水解产生的OH^-能够选择性地剥离半纤维素、木质素等水化干扰物，并使纤维素上的亲水基团充分暴露。由此，竹碎料表面微孔成为氯氧镁水泥高强度5相针状晶体的理想生长位点，构筑起牢固的“锚固”界面，显著减少了界面缺陷与材料脆性。经40%碳酸铵溶液处理3小时后，所得复合材料的抗压强度提升了45%，软化系数提高12%，导热系数降低15%，实现了力学增强、耐水改善与隔热提升的同步优化。更为重要的是，该工艺废水的COD仅为传统碱处理的九分之一，且富含的铵态氮可回收制备氮肥，从源头上贯彻了绿色可持续理念。这一成果不仅为竹材加工废弃物的高值化利用提供了新路径，也为生物质-无机胶凝材料体系的界面绿色调控提供了参考，在建筑保温隔热墙体、防火装饰板材等领域展现出广阔的应用前景。