生物质材料一般是指，以木材、竹材、农作物秸秆等农林废弃物为原料，经过物理、化学、生物等处理方法制备得到的绿色、环保、低碳的一种新材料，对缓解我国的能源紧缺，发展低碳经济，生物质能源有着越来越重要的作用。

 

南京林业大学现代分析测试中心，2012年购置了岛津的AIXS UItraDLD X射线光电子能谱仪，经过十多年的安全运行，累计测试样品数万个，在生物质材料测试中积累了较丰富的经验。在实际分析测试工作中，我们经常遇到的生物质材料有木质素、纤维素、生物质碳、木材等等。现结合实际工作与部分文献，和大家分享一下岛津XPS在生物质材料测试中的应用。

 

1纤维素Cellulose

纤维素是植物细胞壁主要组成成分，因而是自然界含量非常丰富的天然高分子聚合物之一。由于纤维素表面含有大量的自由活性羟基，利用XPS技术，我们可以在图1全谱中很直接地看到：纤维素的成分为C和O两种元素，对C 1s高分辨谱图做分峰处理后，其主要有C-C 、C-OH 、C=O/O-C-O。

 

图1 纤维素

 

 

 

纳米纤维素膜改性处理

纳米纤维素膜经改性处理后，对膜表面进行XPS测试后，如图2，N 1s峰明显出现，说明成功加入了含N官能团。

 

图2 纤维素膜改性

 

2木材Timber

为了将木材应用于功能器件载体，通过对木材表面处理，并利用XPS对C 1s 谱图分析，可以看到，经表面处理后（图3），C-C 峰明显减弱，C-OH成为最强主峰。

 

图3 木材表面处理

 

图4中，木材表面经低温等离子体处理后，表面发生氧化，可有效改善木材表面的界面润湿性，通过对C 1s峰分析，发现随着处理时间的延长，含氧官能团明显增加。

 

International Journal of Adhesion and Adhesive Volume 125, July 2023, 103435

图4 木材表面等离子体处理

 

3秸秆Straw

从图5全谱谱图中可以看到，农作物秸秆表面主要有C、N、O、Ca、 S 、P 、Si等元素，通过对P元素精细谱的扫描，可以看到P 2p 峰发生明显变化，秸秆的脱磷实验效果明显。

 

 

图5 农作物秸秆

 

 XPS能够对表面层或薄膜的组成和结构提供有价值的信息，表征出表面的元素组成、元素价态及半定量分析，广泛应用于材料、化工、轻工、生物等许多领域。依托本校林业工程“一流学科”优势，我们也将继续和岛津合作，共同研究并拓展XPS技术在生物质材料研究中的应用。

 

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本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

 

 

领域：建材/家具