2025年1月，吳考教授在農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域Top期刊《Industrial Crops & Products》（中科院一區(qū)，IF：5.9）在線發(fā)表了生物質(zhì)隔熱阻燃?xì)饽z最新的研究成果。

姜發(fā)堂教授團(tuán)隊(duì)在Industrial Crops and Products上發(fā)表生物質(zhì)隔熱阻燃?xì)饽z研究成果

湖北工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與健康工程學(xué)院姜發(fā)堂教授團(tuán)隊(duì)在農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域1區(qū)TOP期刊《Industrial Crops & Products》在線發(fā)表了題為：Excellent thermal insulation and flame retardancy property of konjac glucomannan/sodium alginate aerogel reinforced by phytic acid（基于植酸增強(qiáng)魔芋葡甘露聚糖/海藻酸鈉氣凝膠隔熱和阻燃性能）的研究論文。姜發(fā)堂教授為共同通訊作者，吳考教授為第一作者，湖北工業(yè)大學(xué)為第一通訊單位。原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.117495。

該研究將植酸（PA）引入魔芋葡甘露聚糖（KGM）/海藻酸鈉（SA）氣凝膠中制備了一種具備優(yōu)異隔熱和阻燃性能的全生物質(zhì)復(fù)合氣凝膠。研究使用傅里葉紅外光譜、掃描電鏡、熱紅外成像和碳層分析等技術(shù)對PA增強(qiáng)隔熱阻燃的機(jī)理進(jìn)行研究，闡明了組分相互作用對氣凝膠力學(xué)性能和孔隙結(jié)構(gòu)的影響，并結(jié)合炭層表征進(jìn)一步解釋阻燃機(jī)制。該氣凝膠由植物來源的天然成分制成，且碳排放較少，替代傳統(tǒng)阻燃材料具有較大潛力，尤其適用于移動板房等使用壽命較短的應(yīng)用場景。

該研究提出了KGM/SA/PA復(fù)合氣凝膠的阻燃機(jī)制（圖1）。當(dāng)氣凝膠遇到火焰燃燒分解時(shí)，PA熱解成磷酸和多磷酸，催化多糖的熱分解，促進(jìn)了氣凝膠表面殘?zhí)嫉纳桑拗屏藷崃亢脱鯕庀騼?nèi)部的傳遞，保護(hù)材料內(nèi)部免于熱解。此外，表面材料熱解過程中產(chǎn)生的磷化合物可通過捕獲-H和-OH自由基中斷燃燒過程。因此，殘?zhí)嫉谋Ｗo(hù)作用和含磷化合物的捕獲作用是KGM/SA/PA具備阻燃效果的主要原因。

圖1 KGM/SA/PA復(fù)合氣凝膠阻燃機(jī)理。

該研究制備的氣凝膠的密度為11.8-49.2 mg/cm³，孔隙率為95.1-98.7%。對燃燒、殘余成分和炭層的分析表明，隨著PA含量的增加，燃燒后氣凝膠的孔隙結(jié)構(gòu)收縮程度加深直至被明顯破壞，同時(shí)氣凝膠外表面炭層致密程度加強(qiáng)，伴隨有碳顆粒的出現(xiàn)（圖2e₁ 、e₂），使其阻燃效果加強(qiáng)。但PA添加過高，也使得氣凝膠的隔熱效果和力學(xué)性能出現(xiàn)較大的削弱。因此，綜合隔熱、力學(xué)、阻燃性質(zhì)，最佳PA添加量為0.25%，對應(yīng)氣凝膠的熱導(dǎo)率為 0.032 W/（mK），抗壓強(qiáng)度為245.4 kPa，極限氧指數(shù)值為29.3%，峰值熱釋放速率值為21.79 W/g（UL-94測試級別為V-0）。

圖2燃燒試驗(yàn)后氣凝膠炭層的SEM圖像和拉曼光譜分析

吳考，教授，博士生導(dǎo)師，湖北省“楚天學(xué)子”。研究主要涉及多糖物理改性及變化規(guī)律、多糖基復(fù)合物的組裝結(jié)構(gòu)、親疏水性和耐候性等方面。在Food Hydrocolloids,Food Bioprocess and Technology,International Journal of Biological Macromolecules等國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文74篇（含1區(qū)以上論文52篇）。主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)，其他縱向科研項(xiàng)目5項(xiàng)，橫向課題1項(xiàng)；參與省級以上縱向科研項(xiàng)目5項(xiàng)。榮獲湖北省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，湖北省自然科學(xué)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。入選武漢市科技專家?guī)旌汀叭俟こ獭笨萍继嘏蓡T。