磁性木材的制备和性能研究

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木材作为一种天然可再生,可循环利用,可自然降解材料,机械性能优良,结构层次分明等特性,但同时也具有各向异性,易老化腐朽,易干缩湿胀等缺点,这些缺陷在极大程度上限制了木材的使用效果和应用范围。所以对木材进行功能性改良已成为国内外学者研究的重要方向。本研究采用杨木作为基材,杨木作为我国种植面积最广的速生人工林树种,其材质松软,易变性,尺寸稳定性差等缺点严重影响了这部分储量丰富的杨木资源的高效利用。为此,本研究选用杨木为原材料,对其进行表面修饰,改良杨木尺寸稳定性,提高木材疏水性,赋予杨木磁性及光催化降解等功能。本研究将从以下几个方面展开工作:(1)通过化学共沉淀法,将Fe3O4纳米粒子与杨木复合,在不同处理温度下制得相应磁性木材样品。通过SEM,VSM,FTIR等表征手段,探究反应温度对木材磁性的影响。研究结果表明随着磁性木材处理温度的不断升高,木材的磁饱和强度增大,矫顽磁力呈现先变大后变小的趋势。而后由于加入TEOS,使得SiO2沉积在木材模板上,有效减少木材磁性粒子团聚现象,减弱偶极电子的相互作用,在一定程度上增大了磁性木材的矫顽磁力。且当掺杂g-C3N4后,木材磁饱和强度并未出现较大变动,说明g-C3N4的掺杂并不影响磁性木材的磁饱和强度。(2)成功将SiO2与磁性木材的复合,对杨木进行功能化修饰,考察了木材的磁性,疏水性能,电磁屏蔽等性能。结果显示制得的磁性木材在低频时对电磁波的吸收性能最佳。其中Fe3O4/SiO2复合木材最大吸收强度对应的电磁波频率为2GHz,最大吸收强度是22.29 dB,有效电磁波吸收频率范围为2~7.84 GHz。当在复合木材表面加入低表面能OTS时,在磁性粒子和疏水长链的双重作用下使木材表面变成超疏水,木材疏水性大大提高。当SiO2无机粒子复合在木材表面上时,木材具有优异的尺寸稳定性,极大程度上改善了杨木易干缩湿胀等缺点。(3)对g-C3N4掺杂Fe3O4/SiO2复合木材抗紫外老化性能及催化降解罗丹明B性能的研究。通过对几种样品△L*、△a*、△b*、△E*的对比分析发现,涂有g-C3N4的SiO2/Fe3O4复合磁性木材显示出更强的光学性能,特别是与未涂覆的纳米颗粒相比具有更高的漫反射率,因此实现了优异的抗紫外线性能。同时由于加入适量的SiO2/Fe3O4可以增强了与g-C3N4两相间的协同作用,不仅有利于两相间电荷的转移,也降低了光生电子一光生空穴的复合率,从而提高了催化剂的光催化活性这一原理,极大程度上赋予了木材光催化性能。对光催化剂经多次离心处理,对罗丹明B进行5次降解循环后,发现多次循环后光催化剂依旧具有较好的催化活性,具有良好的稳定性。
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