内蒙古农业大学硕士研究生以第一作者在国际权威期刊(IF=12.8)发表研究成果

近日，内蒙古农业大学姚利宏教授团队在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》上发表题为“Mild and controllable pore engineering of bamboo via a NaOH-heat dual-activated persulfate system for enhanced permeability”的研究论文。该研究针对毛竹天然通透性差的瓶颈问题，创新性地提出了一种碱-热双活化过硫酸盐高级氧化体系，实现了竹子孔隙结构的温和可控调控，为竹材高值化利用提供了全新的技术路径。论文第一作者为硕士研究生肖君竹，青年教师沈玉林和姚利宏教授为共同通讯作者。

竹子作为一种快速再生的生物质资源，具有生长周期短、固碳能力强、力学性能优异等特点，被认为是极具潜力的绿色工程材料。然而，竹子先天缺乏横向渗透通道，维管束之间缺乏有效的纹孔网络连接，流体传输主要受限于薄壁细胞与纤维之间的纹孔膜，导致改性剂难以均匀负载进入竹材内部，严重制约了其在吸附分离、催化载体、电化学储能等前沿领域的应用。

针对上述关键科学难题，研究团队构建了碱-热双活化过硫酸盐体系。该体系在温和条件下（60 °C）通过碱溶胀与自由基氧化的协同作用，选择性降解竹材细胞壁中的木质素和半纤维素，在保留纤维素骨架的前提下，将竹材内部孤立封闭的孔隙打通为连续贯通的网络结构。研究结果表明，在最佳处理条件下，竹材孔隙率提升32.09%，渗透性提升86.18%，连通孔比例从17.46%大幅提升至89.39%，渗透系数达到8.0578 D。值得一提的是，处理后竹材的纤维素结晶度从43.0%提升至56.8%，宏观弯曲力学性能未见显著下降，有效解决了传统化学改性中孔隙率提升与力学性能劣化之间的矛盾。

该研究还创新性地引入格子玻尔兹曼方法（LBM），对竹材改性前后的三维孔隙结构进行了渗流模拟，从微观流体动力学角度直观揭示了孔隙连通性改善与渗透性提升的内在关联机制。该方法的引入为木质基多孔材料渗透性能的评价提供了全新的理论工具。

图1 毛竹改性流程示意图和微观图像

本研究所提出的改性策略具有操作简单、反应条件温和、处理时间短、可控性强等突出优势，为竹材的高值化利用提供了一条绿色低碳的技术路径。研究成果不仅对推动竹资源在功能材料领域的深度开发具有重要意义，也为生物质多孔材料的孔结构精准调控提供了理论借鉴。