人工林桉木超临界CO2干燥热质传递规律及皱缩抑制机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870545
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1603.木材物理学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Collapse is a serious drying defect for Eucalyptus wood using as solid wood material. Collapse is mainly caused by the capillary tension resulted by migration of free water, however, there are no capillary tension in wood during supercritical carbon dioxide (SCD) drying, therefore it seems more potential on practice application in reducing collapse. In this project, temperatures and pressures in wood during SCD drying are real time measured, and then the dynamic diffusion coefficient is calculated, the moisture contents (MCS) at measuring locations are measured after drying. The distribution and changing rule of temperature, pressure and MC are studied. Based on the relationship of temperature, pressure and MC, the transfer rule and mechanism during drying of water and heat are studied. According to volume averaging theory of Whitaker, and the fundamental principle of mass and heat conservation, mathematical model for transfer was established. Combined with curves of shrinkage, mirror-observation by SEM and GC-MS analysis are applied to analysis the migration path and dynamics characteristics of water at molecular level. The mechanism to restrain collapse is elucidated based on the analysis above. Consequently, the studies not only provide theory and practical basis for application of SCD drying to wood, but also provide scientific proofs and technical guarantees for developing new technology of no collapse drying for Eucalyptus plantation wood.
桉木皱缩是制约其作为实木制品用材最严重的干燥缺陷。皱缩主要是由于自由水迁移产生的毛细管张力所致,而超临界CO2干燥过程中木材内部不存在毛细管张力,在减少干燥皱缩上具有重大的应用潜力。本项目在线检测超临界CO2干燥过程中木材内部的温度和压力,基于温度和压力计算动态扩散系数,实时结束干燥,测量检测点处木材含水率。研究干燥过程温度、压力及含水率分布和变化规律。基于温度、压力及含水率的关系研究干燥过程的水分迁移、热量迁移规律和机理,依据Whitaker体积平均理论模型,基于热量守恒和质量守恒原理构建热质传递数学模型。结合干缩曲线,利用显微镜像观测法及GC-MS等检测技术,在分子水平上解析细胞中自由水迁移的路径及动力学特征,揭示超临界CO2干燥对桉木皱缩的抑制机制。本研究不仅为超临界CO2干燥技术在木材干燥上提供理论和实践依据,同时为开发人工林桉木无皱缩干燥新技术和新工艺提供科学依据及技术保障。

结项摘要

我国人工林桉木资源丰富,但在高附加值产品上的利用很低。一些桉树木材强度高、刚度大、质地坚硬且花纹美丽,具有作为家具、地板、木质门窗等高附加值实木产品的潜力,但是桉木常规干燥产生严重的皱缩,这一问题极度影响其在实木产品上的应用。超临界CO2流体的气-液界面消失,不存在表面张力且能快速的扩散到木材内部,泄压时能够迅速膨胀为气态,将木材中的水分脱除,理论上能够消除木材皱缩。本项目测试了木材微观孔隙结构特征、木材的导热系数、木材纤维饱和点和干缩特性、推导了木材超临界CO2干燥传质模型构建的相关参数计算公式和方程。开展了超临界CO2干燥实验,系统的研究了干燥过程木材内部的水分分布和传递规律、应力应变、变形和皱缩、微观结构、抽提物含量、渗透性等。对实验数据进行系统分析和理论研究,主要取得如下研究成果:(1)超临界CO2干燥速度很快,能够快速的脱除木材中的自由水。压力对干燥速度影响显著,且远大于干燥温度;(2)超临界CO2干燥后,水分在木材弦向和径向的分布趋势一致,呈现心层高、表层低的含水率分布。木材中的水分大部分由端部排出,横向排出水分较少;(3)超临界CO2干燥后木材的纹孔膜被破坏,吸水性有不同程度提高,表明木材的渗透性得到有效改善。渗透性提高有助于干燥后期超临界CO2渗入木材和水分排出;(4)超临界CO2干燥过程木材的收缩小于常规干燥,表明超临界CO2干燥能够减小木材的皱缩变形。根据实验研究和相关参数测试,构建了干燥过程的质量守恒干燥模型,进行了参数求解和实验验证,模型满足预测要求;(5)超临界CO2干燥过程的高压阶段能够有效避免产生毛细管张力,泄压过程超临界CO2急速降压膨胀为气体CO2,通过巨大的压力差驱逐排出木材细胞腔内的自由水,脱水过程同样没有产生毛细管张力,因此,从根本上消除了木材细胞产生皱缩的外力因素,这是超临界CO2干燥抑制木材皱缩的主要机理。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
Study of Dewatering Characteristics of Eucalyptus Wood by Supercritical CO2
超临界CO2对桉木脱水特性的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Wood Research
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Honghai Liu;Xiaokai Zhang;Jingwen Zhang
  • 通讯作者:
    Jingwen Zhang
Effect of Supercritical CO2 Drying on Moisture Transfer and Wood Property of Eucalyptus urophydis
超临界CO2干燥对尾叶桉水分转移及木材性能的影响
  • DOI:
    10.3390/f11101115
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Forests
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Lin Yang;Honghai Liu
  • 通讯作者:
    Honghai Liu
Effect of Moderate Temperature Thermal Modification Combined with Wax Impregnation on Wood Properties
中温热改性结合蜡浸渍对木材性能的影响
  • DOI:
    10.3390/app10228231
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Applied sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jingwen Zhang;Honghai Liu;Lin Yang;Tianqi Han;Qin Yin
  • 通讯作者:
    Qin Yin
超临界CO2流体在木材干燥中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    世界林业研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张静雯;刘洪海;杨琳
  • 通讯作者:
    杨琳
Green and Efficient Processing of Wood with Supercritical CO2: A Review
超临界二氧化碳绿色高效木材加工:综述
  • DOI:
    10.3390/app11093929
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Applied sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jingwen Zhang;Lin Yang;Honghai Liu
  • 通讯作者:
    Honghai Liu

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其他文献

植物一氧化氮响应镉胁迫作用机制的研究进展
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    黄文起
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏莹;李红雅;王勇;韩玉洁;吴迪;杨琳
  • 通讯作者:
    杨琳
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    杨琳;李莹
  • 通讯作者:
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益生菌对家禽肠道微生态的调控及其应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢强;李孟孟;王文策;杨琳
  • 通讯作者:
    杨琳

其他文献

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基于显微形态学的桉树细胞皱缩及其回复机制与调控研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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