木基纳米复合材料加工工艺及光催化性能研究

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:kf3567
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本文采用多孔性物质竹炭和纳米TiO2粒子对速生杨木单板进行改性处理,制备木基纳米复合材料:首先对中间产物TiO2/竹炭复合体材料的制备、孔隙结构及光催化性能进行研究,再对木基纳米复合材料的胶合强度及吸湿性机理进行测试与分析,最终建立其光催化降解甲醛的数学模型,明确板材的挥发-光催化降解甲醛的规律,研究结果如下:(1)以苯酚为模型物质,通过对TiO2/竹炭复合体材料的光催化动力学的研究,确定了TiO2粒子的最佳负载量为3%。根据L-H方程积分所得分数级动力学方程较一级动力学方程能更好地描述其光催化降解规律,其相应的光催化降解动力学方程为:ln C - 0.0077C = 6.58 - 0.00239t,由此建立起负载量为3%的TiO2/竹炭复合体的光催化降解率η与光照时间t的方程为:ln(1 -η) + 1.38η= 3.4 - 0.00239t。(2)以3%负载量制备的TiO2/竹炭复合材料为研究对象,运用BET、SEM、XRD等仪器分析手段,对其孔隙结构、外观形貌及物相结构进行研究:a) TiO2/竹炭复合体光催化材料比表面积、总孔容积和孔径,分别为359.81 m2/g、0.3172 cm3/g和3.53 nm。b)利用BJH模型分析其中孔的孔隙结构参数和孔径分布,所得比表面积、累积孔容和孔径,分别为139.281 m2/g、0.246cm3/g和5.80 nm;本研究制备的TiO2/竹炭复合体光催化材料的累积中孔孔容积相比竹炭提高了65.83%,其中孔孔径在3.154.4nm范围内有较为集中的分布,较竹炭(3.133.89nm)稍有增加。c)通过对TiO2/竹炭复合体的XRD分析研究,发现TiO2/竹炭复合体分别在25.34°、37.84°、48.04°、54.08°、55.06°附近处出现了衍射峰,晶粒的衍射峰向高角度发生了微小的移动,但并没有改变TiO2粒子自身所具有的晶体结构,TiO2/竹炭复合体材料仍具有纳米TiO2粒子自身的光催化特性。(3)以木基纳米复合材料的胶合强度为主要评价指标,设计33正交实验,结合扫描电子显微镜分析得出其最佳制板工艺为浸渍压力1.6MPa,热压压力1.2MPa,涂胶量200 g/m2。(4)木基纳米复合材料较普通杨木胶合板材的胶合强度小,其中普通杨木胶合板材的胶合强度为1.16MPa,木基纳米复合材料的胶合强度为0.88 MPa。(5)利用X射线光电子能谱(XPS)研究了纳米复合材料改性单板的表面化学组成与结构。结果表明,其表面除了C,O,N等元素组成外,还有Ti元素,经XPS全谱和主要元素高分辨率谱图分析为TiO2,含量为4.08%。(6)运用Dent模型对杨木单板、纳米复合材料改性单板和木基纳米复合材料的吸湿性进行研究,得出相应模型参数中M0即木材内表面全部被单分子层水所覆盖时的含水率,分别为7.08%,6.98%和6.79%,杨木单板的吸湿性最强,其次是纳米复合材料改性单板,最后是木基纳米复合材料。(7)模型设计时考虑板材自身甲醛的挥发,建立了木基纳米复合材料挥发和光催化降解甲醛共同作用的数学模型,所做模型可以很好地预测环境中甲醛浓度变化的趋势,模型方程为:
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