基于类石墨相氮化碳改性木材表面疏水和光催化性能研究

发布时间：2020-10-25 08:18

　　 木材作为一种可持续再生的天然材料,广泛应用于社会生产生活的各个领域。但木材存在易受污染、吸水膨胀、尺寸稳定性差等缺点,这些问题会大大降低木材耐久性、缩短木材使用寿命、限制木材应用范围。本研究通过赋予木材光催化活性、提高木材疏水性和尺寸稳定性的方式改善木材易被污染、易开裂变形的缺点,旨在实现木材的功能化改良,探索一种环保、简便、有效的木材改性方法。具体内容如下:本研究采用直接负载类石墨相氮化碳(g-C3N4)的方式对木材表面进行改性,采用不同浓度的盐酸对块状g-C3N4进行质子化处理,通过真空浸渍的方法利用质子化后的g-C3N4对木材进行表面改性。优选出效果最好的改性木材为12 mol/L盐酸处理得到的g-C3N4改性的木材。结果显示,真空浸渍的方法成功将g-C3N4负载在木材表面,g-C3N4赋予了木材光催化性能,经过预处理的木材尺寸稳定性有微弱提升。为强化g-C3N4的改性效果,在浸渍g-C3N4后直接对改性木材进行热处理。热处理能够明显提高固定在木材表面的g-C3N4的牢固程度。同时,由于热处理后木材表面负载g-C3N4量增加,热处理改性木材的光催化活性也有一定的提升。热处理明显提升了改性木材的疏水性和尺寸稳定性,且热处理g-C3N4改性的木材的尺寸稳定性高于同温度下热处理的素材的尺寸稳定性。以光催化性和疏水性为依据,改性木材的最佳热处理温度为210℃。为了进一步提高木材的疏水性及尺寸稳定性,采用在木材表面负载类石墨相氮化碳/二氧化钛(g-C3N4/TiO2)复合涂层后利用低表面能物质三氯十八烷基硅烷(OTS)疏水改性的方法,制备了具有一定的光催化活性、良好的疏水性和优异的尺寸稳定性的木质基复合材料。g-C3N4与Ti02相互掺杂有效地提高了两者的光催化活性,并且其在紫外光下具有十分优异的光催化能力。经过g-C3N4/Ti02/OTS复合材料改性后,改性木材的尺寸稳定性和疏水性都有大幅度提升。
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S781.7
【部分图文】：

?蜜瓜胺?３??图１－１热聚合法合成类石墨相氮化碳的过程??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｏｒ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ?ｇｒａｐｈｉｔｉｃ－ｐｈａｓｅ?ｃａｒｂｏｎ?ｎｉｔｒｉｄｅ?ｂｙ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ??１．４．３类石墨相氮化碳的改性??如前所述，最广泛使用的制备ｇ－Ｃ３Ｎ４的方法就是煅烧富氮前驱体。但通常情况??下，直接制备得到的产物比表面积较小（一般小于１０?ｍ２／ｇ），光生电子空穴对重组率??较高，光催化活性有限。针对这些问题，研宄者们采用形貌调控、元素掺杂、强酸处??理、半导体复合等方法对ｇ－Ｃ３Ｎ４进行改性。??Ｚｈａｏ等网利用ＳＢＡ－１５为模板，六亚甲基四胺为前驱体制备出具有超高孔隙率和??超大比表面积的ｇ－Ｃ３Ｎ４材料。Ｚｈａｎｇ等［５７］在空气中热解双氰胺制备了多孔类石墨相氮化??碳材料，该材料在可见光下对亚甲基蓝和苯酚有着高效的光催化降解能力。对ｇ－Ｃ３Ｎ４??进行元素掺杂也可以提高ｇ－Ｃ３Ｎ４的光催化活性。Ｈｕ等［５８］以双氰胺和磷酸氢二铵为前驱??体，采用煅烧的方法制备了磷掺杂的ｇ－Ｃ３Ｎ４。磷的掺杂可以降低带隙能，提高光生电子??空穴对的分离效率，并且间质Ｐ掺杂能更有效地提高光降解罗丹明Ｂ的催化活性。??酸处理也是ｇ－Ｃ３Ｎ４改性研宄中的热点方向。王心晨等［５９］采用浓硝酸对ｇ－Ｃ３Ｎ４进行??剪切处理得到ｇ－Ｃ３Ｎ４胶体悬浮液

根据Ｌａｍｂｅｒｔ－Ｂｅｅｒ定律，溶液的吸光度与浓度线性相关，可以通过测试罗丹明Ｂ??在特定波长下的吸光度，以确定其浓度大小。用紫外分光光度计进行光谱扫描，确定罗丹??明Ｂ的最大吸收波长为５５４?ｎｍ?（图２－２）。在５５４?ｎｍ波长下，确定不同浓度的罗丹明??Ｂ对应的吸光度。通过绘制标准曲线确定罗丹明Ｂ溶液的浓度与吸光度之间的线性关??系，标准曲线如图２－３所示。??２５?［?Ａ?＂：?．??２。?１＼?，〇?；??赵４?／１?ｗ：??Ｉ?＼?ｇ〇－６－?Ｘ??［?／?Ｉ?。４?－??〇．叶?／?－??＼?〇ｊ－?＾??０．０?ｋ????＾?？??｜?，?Ｉ?，?Ｉ?，?Ｉ?，?Ｉ?Ｑ?Ｑ?Ｉ?．?Ｉ?．?Ｉ?■?Ｉ?．?ｔ?．?Ｉ?．?Ｉ?■?Ｉ?．?Ｉ?．?Ｉ??４００?５００?６００?７００?８００?０．０?０．５?１．０?１．５?２．０?２．５?３．０?３．５?４．０?４．５??波长／ｎｍ?浓度ｍｇ／Ｌ??图２－２罗丹明Ｂ溶液的吸收光谱图?图２－３罗丹明Ｂ溶液的标准曲线??Ｆｉｇ．?２－２?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏ

ＳＨｐｉ＃＇１?…，??图２－１?ＯＣＡ２０视频光学接触角测量仪??Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅ?ＯＣＡ２０?ｖｉｄｅｏ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｃｏｎｔａｃｔ?ａｎｇｌｅ?ｍｅａｓｕｒｉｎｇ?ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ??（６）光催化性能测试??采用多通道光催化反应仪对木材试样进行光催化性能测试。使用罗丹明Ｂ作为目标??污染物，配置２?ｍｇ／Ｌ的罗丹明Ｂ溶液，取３０?ｍＬ罗丹明Ｂ溶液于５０?ｍｌ小烧杯中，将??木材试样浸没于盛有罗丹明Ｂ溶液的小烧杯中，木材试样的光催化有效面积为３０??ｍｍｘ３０?ｍｍ，将小烧杯放入多通道光催化反应仪中，以４２０?ｎｍ波长可见光照射，温度??控制在２０°Ｃ？３０°Ｃ范围内，每间隔３０?ｍｉｎ取样一次。??根据Ｌａｍｂｅｒｔ－Ｂｅｅｒ定律，溶液的吸光度与浓度线性相关，可以通过测试罗丹明Ｂ??在特定波长下的吸光度，以确定其浓度大小。用紫外分光光度计进行光谱扫描，确定罗丹??明Ｂ的最大吸收波长为５５４?ｎｍ?（图２－２）。在５５４?ｎｍ波长下，确定不同浓度的罗丹明??Ｂ对应的吸光度。通过绘制标准曲线确定罗丹明Ｂ溶液的浓度与吸光度之间的线性关??系，标准曲线如图２－３所示。??＂
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本文编号：2855694