介孔二氧化钛纳米材料论文

摘要沙生灌木为我国西部干旱、半干旱地区储量丰富的生物质资源。归纳总结了近年来我国沙生灌木资源在纳米纤维素材料、活性炭材料、木质资源液化产物以及生物质炭等精细林产化工材料领域的研究现状，并对相关领域的发展趋势进行了展望。下面小编整理了一些《介孔二氧化钛纳米材料论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

介孔二氧化钛纳米材料论文 篇1：

介孔纳米二氧化钛的制备研究

【摘  要】本实验采用“特殊液相沉淀法”，以四氯化钛、氨水为试剂，以吐温80和十二烷基苯磺酸钠为模板剂，制备了介孔纳米TiO2，并通过TEM等手段对其进行表征。实验中研究了模板剂种类、模板剂加入比例等因素对样品介孔结构的影响。在本实验条件下，制备的粉体均为介孔TiO2。在模板剂与粉体按着1：2比例混合时得到的材料的孔径最为均匀，大小一致，排列有序。

【关键词】特殊液相沉淀法;二氧化钛;模板剂;介孔材料

纳米TiO2是一种优良的半导体材料，具有价廉无毒、稳定性好、耐磨损性好、无二次污染、适用范围广、可重复回收利用、氧化能力强、使用寿命长、化学稳定性好等优点。但在现实生活中有很多局限性难以解决。直到1992年Mobile等研究人员成功合成出介孔材料之后，纳米二氧化钛被赋予了一种更加权威的面纱——介孔纳米二氧化钛。介孔材料因具有长程有序的孔道结构、一定范围孔径大小且连续可调、具有大比表面积和孔隙率以及表面易于改性等优良性质不仅解决了单纯二氧化钛的不足，超越了纳米二氧化钛，更加广泛的应用在催化、光催化、太阳能电池、传感器、和光电转换等领域，并在分离及光吸附、电、磁等领域表现出了很好的应用前景。

1.实验部分

1.1实验仪器及药品

仪器：PHICTPS--EM420型透射电镜。上海申生科技有限公司W201-S恒温浴锅;沈阳市工业电炉厂制造KSY--12型电炉。

药品：四氯化钛，分析纯，广东汕头西陇化工厂。氨水，优级纯，质量分数27%，北京化工厂。无水乙醇，优级纯，含量99.8%  北京化工厂。吐温80，分析纯，北京化工厂。十二烷基苯磺酸钠，分析纯，北京化工厂。正戊醇，分析纯，北京化工厂。去离子水，自制。

1.2实验步骤

1.2.1纳米二氧化钛粉体的制备

按计算结果准确量取一定体积的四氯化钛溶液，倒入500mL容量瓶中，加乙醇100mL和适量的去离子水定容后放置电磁搅拌器上搅拌10min，制得A液待用;然后在室温下准确量取一定量氨水，倒入500mL容量瓶中，加乙醇100mL去离子水定容后放置电磁搅拌器上搅拌10min，制得B液待用;打开自制反应器，同时快速将A液、B液倒入其中，通过调节二者流量，一直保持反应液PH=9;静置反应生成的沉淀10min，然后倒入布氏漏斗中，用去离子水过滤至上层清液中无氯离子为止;将沉淀移至旋转蒸发器中，进行共沸蒸馏直至成粉末;最后放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到纳米TiO2。

1.2.2介孔纳米二氧化钛的制备

将纳米 粉体与模板剂吐温80按照质量比1：1、2：1、3：1、1：3、1：2的比例，通过电子天平量取10g TiO2粉体和所需吐温80质量。纳米 粉体研磨后与吐温80混合搅拌，过滤干燥后，放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到介孔纳米TiO2。接下来，将模板剂吐温80更换为十二烷基苯磺酸钠，将纳米粉体TiO2粉体与十二烷基苯磺酸钠同样按照质量比1：1、2：1、3：1、1：3、1：2的比例，通过电子天平量取10g粉体，通过比例计算并量取十二烷基苯磺酸钠，与纳米TiO2粉体研磨后混合搅拌，过滤干燥，放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到介孔纳米TiO2。

2.结果与分析

2.1 纳米TiO2的TEM图

图1为纳米TiO2粉体的TEM图，可以看出TiO2粉体粒子粒径分布范围都较窄且大小均匀，平均粒径为20-30nm左右，并且具有很好的分散性，虽然颗粒之间有团聚但是有明显的界限，为软团聚。

2.2 介孔TiO2的TEM图

图1 TiO2纳米粉体的TEM图

图2  介孔 TiO2的TEM图

图2为介孔纳米TiO2粉体的TEM图，可以看出粉体粒径分布范围较窄且孔道大小均匀，排列有序，并且具有很好的分散性，说明在该实验使用？°特殊液相沉淀法？±可以制备介孔纳米材料。在本实验下，模板剂与二氧化钛以1：2的比例混合下制得的介孔TiO2，其效果最佳。

3.结论

本实验首先通过“特殊液相沉淀法”制得纳米二氧化钛粉体，具有较好的分散性且粒径分布均匀;把吐温80和十二烷基苯磺酸钠为模板剂，制备出了介孔纳米TiO2，也具有很好的分散性，并且在模板剂与TiO2的比例为1：2时，效果最好，孔径最为均匀，大小一致，排列有序。

参考文献：

[1]王开明，温传庚，周英彦，等.纳米氧化铝粉体的特殊液相沉淀法制备[J]，金属功能材料，2005，12 （1）：13--15.

[2]叶云，李巧玲.介孔二氧化钛的制备与研究[J].分析仪器，2012，（6）：68-76.

[3]张小博，刘海萍.自组装复合模板法制备Fe3+掺TiO2光催化材料[J].应用化工，2012，41（11）：1951-1953.

[4]卫贤贤，张晔，赵亮富等.有机模板剂对合成纳米TiO2结构影响规律的研究[J].材料导报，2012，26（8）：50-55.

[5]Fengxian Xie，Sheng-Jye Cherng，Shunmian Lu etal.Functions of Self-Assembled Ultra fine TiO2 Nanocrystals for High Efficient Dye-Sensitized Solar Cells[J].ACS appliedmat erials & interfaces，2014，6（8）：5367-5373.

注：基金项目：国家自然科学基金资助项目（50272002、50372001）;国家科技部863计划项目（2003AA302130）;鞍山市科委资助项目，鞍山市科技计划项目20140281。

作者：李壮 何开棘 覃小容 赵文东 骆荣吉 王开明 叶震寰

介孔二氧化钛纳米材料论文 篇2：

沙生灌木基精细林产化工材料研究进展

摘要 沙生灌木为我国西部干旱、半干旱地区储量丰富的生物质资源。归纳总结了近年来我国沙生灌木资源在纳米纤维素材料、活性炭材料、木质资源液化产物以及生物质炭等精细林产化工材料领域的研究现状，并对相关领域的发展趋势进行了展望。

关键词 沙生灌木；纳米纤维素；活性炭；液化；生物质炭

Key words Sandy shrubs；Nano-cellulose；Activated carbon；Liquefaction；Biomass carbon

沙生灌木是我國西部干旱、半干旱地区广泛种植的多年生灌丛植物，属于富含纤维素、半纤维素和木质素等天然高分子组分的生物质资源，具有来源广泛、储量丰富、价格低廉等特点，应用潜力巨大。近年来，在林业工程领域，对于沙生灌木资源的开发利用主要集中在沙生灌木基人造板和木质复合材料等方面[1-3]。随着木材科学领域技术不断创新和发展以及相关学科间的相互交叉渗透，加强对生物质资源的探索开发，深入挖掘生物质资源的应用潜力，创新研发高精细生物质化工材料，是拓宽生物质资源应用领域的必然趋势。

1 沙生灌木基纳米纤维素材料

纳米纤维素材料具有高结晶、高强度、高比表面积、高吸附和吸湿等特性，化学稳定性好，无毒，在复合材料、生物医药、安全食品、精密仪器等领域具有巨大的应用前景[4]。目前，沙生灌木基纳米纤维素材料的研究重点主要集中在纳米纤丝（或微晶纤维丝）的制备工艺以及纳米纤维素增强无机或有机材料制备功能型纳米复合材料等方面。

张彬[5]以沙柳木粉为原料，通过硝酸-乙醇法水解获得沙柳纤维素，随后采用超声波法、干磨法/超声波联合法、湿磨法/超声波联合法制备出了直径不超过65 nm的纳米纤丝。盛卫[6]以脱胶后的沙柳纤维为原料获得微晶纤维素，将其溶解在浓度为64%的硫酸中，在45 ℃水浴条件下高速搅拌1 h后，获得平均长度300 nm、平均直径数十纳米、晶度为89.1%的纤维素纳米晶须。目前，以沙生灌木为原料制造纳米纤维素材料的研究刚刚起步，在纤维分离技术上还有待创新。贺仕飞[7]以沙柳为原料，将生物酶处理后的纤维素进行超声波处理，制备出直径为32～64 nm、长度为200～900 nm的微纳纤丝，而后将微纳纤丝与聚乙烯醇（PVA）复合制备PVA纳米复合膜，微纳纤丝添加量为3%时，PVA纳米复合膜具有较好的热稳定性、耐吸湿性以及拉伸性能。李亚斌[8]在获得纳米级微晶纤维素的基础上，以微晶纤维素为模板，制备介孔二氧化钛纳米材料，对复合材料的微观形貌、化学基团、聚集态结构、热稳定性以及光催化性进行了表征，结果表明，在180 min的酸性条件下，介孔二氧化钛纳米材料对甲基橙催化降解率比羧酸基纤维素高62.9%，比粉状商品二氧化钛高36.4%，说明该复合材料具有极强的光催化性能。

2 沙生灌木基活性炭材料

活性炭具有吸附性强、耐酸碱、耐高温、易再生等优点，是一种环境友好型吸附剂，广泛应用于环境保护、化学工业、食品加工、药物精制等各个领域[9]。沙生灌木中所含的大量纤维素和半纤维素均是制备生物活性炭的良好原料。目前，沙生灌木基活性炭材料的研究重点主要集中在活性炭的活化工艺、吸附效率以及产品应用等领域。

鲍咏泽[10]分别以氯化锌（ZnCl）、磷酸（H3PO4）和氢氧化钾（KOH）为活化剂制备出3种沙柳活性炭。3种沙柳活性炭对亚甲基蓝溶液的吸附行为符合二级反应速率方程所描述的规律和 Langmuir 吸附等温式；3种活性炭的比表面积分别为323.011 9、1 251.428 0、1 780.296 0 g/m3；亚甲基蓝的吸附量分别为323.45、347.13和519.63 mg/g。张晓雪[11]以磷酸氢二铵[（NH4）2HPO4]为活化剂制备了沙柳纤维状活性炭，在优化工艺条件下制备的沙柳纤维状活性炭平均得率为43.97%，亚甲基蓝平均吸附值为91 mL/g，碘平均吸附值为1 580.310 6 mg/g，沙柳纤维状活性炭对重金属离子的吸附效果较好。刘静萱等[12]以磷酸二氢铵（NH4H2PO4）为活化剂，采用活化-热解一步法制备沙柳基活性炭，重点研究了活性炭对水溶液中2，4-二氯苯酚（2，4-DPC）的静态吸附行为及其作用机理，结果表明，活化剂活化效果良好，改性后吸附量提高了3.5倍，吸附过程遵循Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型；整个吸附过程的速率控制步骤为膜扩散，不同初始浓度的有效扩散系数的数量级均大于10-6cm2/s。曹志伟等[13]以氢氧化钾（KOH）为活化剂制备纤维活性炭，在优化工艺条件下，活性炭纤维得率为45.6%，亚甲基蓝吸附值为95 mL/g，BET 比表面积为672 m2/g，平均孔径为2.08 nm；活性炭纤维对钙离子的吸附量为 12.3 mg/g，去除率为36.9%。张静[14]通过550 ℃高温烧制法制得沙柳生物炭，并将其作为矿区生态修复材料，探究沙柳生物炭对水溶液中铜离子的吸附性能，结果表明，生物炭对铜离子具有较好的吸附作用，沙柳生物炭的最大铜离子吸附量为19.13 mg/g，16 h可达吸附量和吸附率的平衡。随后，以冰草为研究对象，探究不同添加量的沙柳生物炭对不同污染的土壤理化性质、冰草生长状况及铜的迁移过程的影响，结果表明，随着生物炭添加量的增加，铜在冰草根系、土壤和冰草茎叶中的富集浓度随之减少，生物炭添加量为0.8%～1.0%时，其对土壤和冰草的表现最优。

3 沙生灌木基液化产物

木材液化技术是指在一定条件下将木材转变为液体，木材中的纤维素、半纤维素、木质素大分子降解为具有一定反应活性的液态小分子，成为具有多种用途的化学中间体，可用于制备胶黏剂、聚氨酯泡沫塑料、酚醛模塑产品、碳纤维等新型高分子材料。

张晨霞[15]以苯酚为液化剂，稀硫酸为催化剂对沙柳、柠条进行液化处理，在温度 150 ℃、催化剂用量7%、液比4、液化时间120 min的液化工艺下，沙柳和柠条的残渣率分别为4.08%和11.21%。将沙柳、柠条液化产物与甲醛反应制备共缩聚型树脂，产品的各项性能满足木材工业用酚醛树脂的国家标准要求。杨爱荣[16]分别以苯酚、乙二醇为液化剂，稀硫酸为催化剂对沙柳进行液化处理，获得2种沙柳液化产物纺丝液，采用纺丝工艺获得初始纤维，研究得出收丝辊转速、固化时间以及固化升温速率均对初始纤维的力学性质有显著影响。赵岩[17]以聚乙二醇-丙三醇混合液为液化剂、稀硫酸为催化剂对沙柳进行液化处理，并将该液化产物与异氰酸酯合成聚氨酯发泡材料，在异氰酸酯40%、催化剂12%、成核剂5%、表面活性剂10%的工艺条件下，制备的2 cm厚聚氨酯发泡材料的平均吸声系数为0.272，适合作为吸声材料。夏丹[18]采用酸、碱、盐与微波复合的方式对沙柳进行预处理，借此来提高沙柳的液化效果。当采用1%硫酸溶液微波处理7 min后，沙柳在液比2、液化温度170 ℃、催化剂3 %作用下，30 min内的残渣率接近于零，利用液化产物与异氰酸酯合成的聚氨酯泡沫材料的抗压强度和密度均满足墙体保温材料的要求。任慧敏[19]采用硝酸-乙醇法提取了沙柳中的纤维素，然后以乙二醇为液化剂，硫酸作催化剂，对沙柳纤维素进行液化处理，液化产物在最优工艺条件下制备出的原丝，其平均直径为0.314 mm，拉伸强度为97.45 MPa，断裂伸长率为3.69%，力学性能良好且粗细均匀。赵丽青[20]以离子液体[AMIM]Cl为液化剂处理沙柳，液化产物与异氰酸酯合成聚氨酯泡沫材料，在聚氨酯材料中加入6%的有机蒙脱土，可使复合材料的压缩性能和抗压性能分别比普通材料提高31.2、62.0 kPa，同时材料的吸声与阻燃性能高于普通聚氨酯材料。袁大伟[21]以聚乙二醇/丙三醇为液化剂，98%浓硫酸为催化剂处理沙柳材，所得沙柳木粉液化产物的羟值为328.6 mg，酸值为1.7 mg/g，黏度为672.9 m2/s，并以此液化产物制备了聚氨酯/环氧树脂互穿网络硬质泡沫材料。

4 沙生灌木基生物质能源材料

生物质能源的合理开发利用不仅可以提供丰富的清洁能源，而且可以保护环境、减少我国对化石燃料的长期依赖，为我国能源问题的解决提供了有效方法。生物质焙烧炭是指在200～300 ℃对生物质进行温和热解获得的产物，其水分蒸发，CO和CO2气体释放，能量密度增加。生物质焙烧炭不仅能提高生物质能量密度和储存性能，而且还降低生物质运输储存成本，能够供生活或工业生产使用。目前沙生灌木基生物质能源材料的研究以生物质焙烧炭为主。

梁宇飞[22]以沙柳为原料，采用生物质焙烧技术制造沙柳生物质焙烧炭，系统研究了沙柳材焙烧前后的结构演变、焙烧炭的吸湿性以及焙烧炭的热解及燃烧特性。从经济性和可行性的角度分析获得实验室条件下生物质焙烧炭的优化工艺为焙烧温度260 ℃、焙烧时间30 min。在此优化工艺条件下，沙柳焙烧炭的各项性能均有不同程度的改善：①焙烧炭比表面积为2.84 m2/g，固体产物孔隙比较发达，有利于燃烧、气化过程中热量与质量的传递，可促进热化学转化过程；②焙烧炭单位能量密度显著提高，焙烧炭能量得率84.5%，质量得率75%；③焙烧炭热值达25 313 kJ，可达到蒙精煤标准；④焙烧炭的平衡吸水率较沙柳原样降低38%，憎水性表现明显；⑤焙烧炭燃点明显降低，烘焙后的高温段的放热量明显高于低温段的放热量。上述研究表明，沙柳经过低温烘焙后，有利于快速热解、迅速燃烧，沙柳的固体产物性能改善了很多，在沙柳高质转化利用、规模化应用方面起到了重要的作用。

5 展望

目前，在沙生灌木基精细林产化工材料的研究领域已取得了一定的成果，为后续进一步研发奠定了坚实的基础。建议后续研究围绕以下几个方面展开：①进一步拓宽沙生灌木树种的利用范围，加大对沙棘、柠条、杨柴等资源的利用；②深化精细林产化工材料制造机理与合成机制的研究，结合先进的科学理论和仪器分析手段，从微纳尺度解析材料性质的影响因素；③积极推进相关工艺技术的产业化研发与应用，使高附加值的精细林产化工材料早日投入市场，创造更大的效益。

参考文献

[1] 王喜明.沙生灌木人造板生产技术产业化现状与发展[J].林产工业，2012，39（1）：53-55.

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[3] 李奇，赵雪松，高峰，等.沙柳/聚丙烯复合材料的制备及力学性能研究[J].呼和浩特：内蒙古农业大学学报（自然科学版），2011，32（1）：227-230.

[4] 程庆正，王思群.天然木质微/纳纤丝增强纳米复合材料的研究现状[J].林产工业，2007，34（3）：3-7.

[5] 张彬.沙柳微/纳纤丝的制备工艺研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2014.

[6] 盛卫.沙柳纳米纤维素的制备及表征[D].苏州：苏州大学，2015.

[7] 贺仕飞.酶处理沙柳微纳纤丝性能与应用研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2015.

[8] 李亚斌.沙柳纤维素/二氧化钛复合材料的制备及性能研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2015.

[9] 李严，王欣，黄金田，等.沙柳活性炭纤维的制备与表征[J].环境工程学报，2017，11（8）：4888-4892.

[10] 鲍咏泽.沙柳活性炭的制备及吸附性能研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2012.

[11] 张晓雪.沙柳纤维状活性炭的制备及吸附性能的研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2016.

[12] 刘静萱，邹卫华.沙柳基活性炭对2，4-二氯苯酚的吸附研究[J].化工新型材料，2017，45（6）：204-206，213.

[13] 曹志伟，王欣，张加明，等.利用沙柳制备活性炭纤维吸附材料的研究[J].内蒙古农業大学学报（自然科学版），2017， 38（1）：82-88.

[14] 张静.沙柳生物炭对铜污染改良作用研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2017.

[15] 张晨霞.沙柳、柠条和杨木苯酚液化及其产物的树脂化研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2006.

[16] 杨爱荣.沙柳液化产物合成纺丝液及成丝的研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2010.

[17] 赵岩.沙柳液化产物制备发泡材料的工艺与性能的研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2013.

[18] 夏丹.沙柳液化预处理及其产物制备保温材料研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2013.

[19] 任慧敏.沙柳纤维素液化产物合成聚氨酯纺丝工艺研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2014.

[20] 赵丽青.离子液体液化沙柳的动力学及液化产物的应用研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2016.

[21] 袁大伟.沙柳液化产物制备聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物泡沫的研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2017.

[22] 梁宇飞.沙柳焙烧炭的工艺与性能研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2014.

作者：胡建鹏 邢东 姚利宏

介孔二氧化钛纳米材料论文 篇3：

基于木材模板的二氧化钛制备及其降解甲醛的研究

摘要： 以木材为模板的遗态转化工艺可以赋予材料精细的孔径结构。以桦木、水曲柳、樟子松、红松4种木材为模板，通过浸渍前驱体溶液后高温烧结，制备具有木材精细结构的多孔TiO2氧化物；利用在胶合板中负载该氧化物，探讨其对人造板甲醛的控释性能。研究结果表明，以水曲柳为模板，通过热水抽提及微波预处理后，材料中钛酸丁酯前驱体溶液的浸渍率及600 ℃高温焙烧得到的二氧化钛氧化物烧得率较高，所获得的二氧化钛为锐钛相。扫描电镜分析及氮吸附分析结果发现，该模板氧化物获得了木材的多维度复合多级孔结构，并具有一定的吸附能力。以该氧化物处理的胶合板材料对游离甲醛的释放有显著的控制作用。

关键词： 木材模板氧化物； 甲醛； 二氧化钛； 胶合板

遗态转化工艺作为一种加工过程，是一种简单且能够实现精细分级多孔材料制备的方法，在各种生物模板中显示了广阔的应用前景[ 1 ]。木质材质作为植物体的支撑体，拥有从毫米级到微米级再到纳米级的复杂细胞孔洞结构，使得木材虽然密度较低，但具有高强度、强韧性以及抗破坏能力强的特点。以天然木材为模板，通过前驱体的浸渍和烧结等一系列工艺，制备出具有多维度复合多级孔结构的半导体光催化材料，将产物应用于人造板游离甲醛的控释研究当中，具有结构优异、数量大、种类丰富、可再生、成本低、应用广泛等优点[ 2 ]。

本研究利用天然木材的分级多孔结构，对其进行钛酸丁酯前驱体溶液浸渍，然后高温烧结制备出具有不同木材精细结构的分级多孔TiO2氧化物；并在此基础上，以胶合板为载体，通过在胶合板制备过程中负载该氧化物，使胶合板产品具有一定的吸附——降解甲醛效能，以人造板产品中游离甲醛的吸附降解控释能力为参考，进行新型环保人造板产品的开发。

1 试验材料与方法

1. 1 材 料

试验用材为水曲柳、桦木和红松、樟子松，取自黑龙江省双鸭山市宝清县林场；试材平均含水率12%，试样尺寸为20 mm（L）×20 mm（R）×20 mm（T）；质量浓度为1%的Na0H溶液，购自阿拉丁试剂公司；钛酸丁酯与无水乙醇以1∶10的比例（摩尔比）配置前驱体溶液；脲醛树脂胶黏剂，固体含量60.53%，黏度19.6 s；杨木单板，购自黑龙江亚布力木业公司，幅面规格尺寸300 mm×300 mm，板厚2 mm，含水率12%。

1. 2 方 法

1. 2. 1 木材模板的预处理

采用热水抽提方法，将水曲柳和桦木试样放入标准大气压下持续沸腾的热水浴中进行水热处理3 h，除去存在于管胞壁胞间层、木射线和一部分树脂道泌脂细胞中的阿拉伯半乳聚糖，同时对五碳糖以及苯乙醇的抽提物进行溶解，此外，也能溶解部分单宁、淀粉、矿物质盐和色素等[ 3 ]。红松和樟子松材质中含有一定树脂，且纹孔膜的塞缘上微纤丝束之间有大量沉积物质，因此通过碱处理脱脂：将试样放入装有600 mL、1% NaOH溶液的烧杯中，并置于沸水浴中充分抽提3 h，取出试样，用蒸馏水冲洗干净。将4种木材试件用多层聚氯乙烯薄膜包好，避免水分散失；最后进行微波处理，微波输出功率600 W，处理时间340～370 s。饱水试件先在室温下放置2天，待试件达到气干状态时，将其放入干燥烘箱中烘至绝干，温度设定在103 ℃。取出试件并称重，计算抽提率（公式如下所示）。将干燥后的木材模板浸没在无水乙醇当中进行脱水，浸泡30 min后再晾至气干状态。

1. 2. 3 基于木材模板氧化物的胶合板制备及其甲醛释放量的测定

采用上述制得的遗态结构氧化物，以机械共混方式加入到脲醛树脂胶黏剂中，制备三层结构胶合板。模板氧化物的添加量为胶黏剂质量的1%，在热压压力1.0 MPa、热压温度125 ℃工艺条件下热压6 min，幅面尺寸为300 mm×300 mm。根据国家标准GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》的要求，对压制的胶合板进行裁剪（裁剪尺寸为150 mm×50 mm），处理后的样本暴露总面积如表1，采用干燥器法测定胶合板游离甲醛释放量。在25 ℃的温度下，把这些裁剪后的试件放入干燥器中，试件释放的甲醛被一定体积的水吸收，测定24 h内水中的甲醛含量，重复3次，取平均值，探讨木材模板氧化物在低醛人造板生产中使用的可能性。

表1 胶合板甲醛释放量测试样本暴露面积

1. 2. 4 木材模板氧化物的性能测试

用扫描电镜（QUANTA200，FEI，美国）观察其表面形态；通过X射线衍射（D/max-2200VPC，日本理学株式会社）分析二氧化钛的晶相和晶粒大小；用全自动多功能气体吸附仪（型号ASAP2020，麦克，美国）测量催化剂的比表面积和孔径分布情况。

2 结果与分析

2. 1 木材模板预处理方法对氧化物制备的影响

通过对木材进行抽提预处理，可以去除木材中的灰分和小分子有机物，减少木质纤维组分在抽提处理过程中的损失，提高纤维素利用率，同时有效去除木材原料中的无机盐及小分子有机物。不同木材浸渍性能用所得样品的抽提率、浸渍率和烧得率来表征[ 4 ]（表2）。

樟子松和紅松材树脂多，侵填体和抽提物也相应地较多，因此抽提率比较高，预处理使樟子松、红松的抽提率分别达到9.21%和10.64%；而桦木与水曲柳在进行预处理后，抽提率相对较低，但由于其本身的多孔结构，前驱体在材料中的浸渍率和最终氧化物的烧得率却较高，其中，水曲柳的浸渍率可达到29.21%，以此为模板的二氧化钛氧化物烧得率达到25.83%。桦木和水曲柳的纹孔大大提高了木材的渗透性，而对于樟子松和红松这种针叶材因为有纹孔塞的阻碍，即使进行抽提处理，仍然严重影响了在弦向上的传导[ 5 ]，所以浸渍率和烧得率并不理想。

2. 2 甲醛控释性能分析

经过处理后的4种胶合板样本，甲醛释放量都较素板有所降低（图1）。未处理胶合板素板的甲醛释放量为0.174 0 mg/m3，以水曲柳为模板制备的二氧化钛所处理胶合板的甲醛释放量最低为0.096 6 mg/m3，较未处理材降低了44.48%；红松甲醛释放量为0.110 6 mg/m3，降低了36.43%；樟子松甲醛释放量为0.129 0 mg/m3，降低了15.86%；桦木甲醛释放量为0.122 3 mg/m3，降低了29.71%。

二氧化钛具有合适的禁带宽度和氧化还原电位，能够引发一系列氧化还原反应；其表面提供电子以还原一个电子受体（在含有空气的水溶液中通常是氧），而空穴则迁移到表面和供给电子的有机物或无机物结合，从而氧化该物质。吸附在催化剂表面空气中的氧气和微量水，两者为甲醛深度氧化提供了高活性的氧化剂[ 6 - 7 ]。甲醛先被产生的羟基自由基氧化成中间产物甲酸，然后被转化为二氧化碳。同时，纳米二氧化钛粒子沉淀于饰面材料的表面空隙中，在光降解作用的同时，封闭了内部甲醛的释放渠道，也会使甲醛的释放量减少。

2. 3 X射线衍射分析

对不同树种模板在600 ℃条件下焙烧制备的氧化物XRD进行分析，结果（图2）显示，锐钛矿的特征峰出现在2θ=25.325，48.074，62.750，红金石的特征峰出现在2θ=27.459，36.104，54.364。由图2可以看出，在600 ℃条件下，水曲柳、桦木和樟子松的主要成分均为锐钛矿二氧化钛，其中桦木的烧结氧化物中含有红金石型二氧化钛，樟子松的烧结氧化物中含有少量杂质，水曲柳的烧结氧化物最为理想。红松的烧结氧化物中含有大量的杂质，根据得出的浸渍率推断，在浸渍过程前驱体溶液并没有大量附着在红松的孔径表面，烧结后所得到的大部分是灰分，未得到二氧化钛。

2. 4 电镜分析

从图3可以明显看出，经过热水抽提微波处理后的水曲柳材结构纹孔都被打开，这必将会大幅度增加木材的三维网络连通性，提高浸渍性能，同时提高了遗态转化产物氧化物的网络连通性。

图4为600 ℃焙烧所得水曲柳结构二氧化钛的横截面微观组织照片。不管从管胞孔的尺寸和形态，还是它们的排列状况来看，二氧化钛的圆形孔都是遗传水曲柳孔径阵列在进行前驱体溶液的浸渍时，钛离子被细胞壁通过毛细血管作用吸收。通过分析（图4 b），可以发现，二氧化钛均匀地沉淀于每个细胞壁内，所以水曲柳的多孔结构就被高温焙烧得到的二氧化钛复制，纤维孔很好地被保留下来，并且有序排列。

2. 5 氮吸附分析

在600 ℃条件下焙烧的水曲柳N吸附-脱附等温曲线（图5）属于H3型等温线。单点总孔吸附平均孔直径为8.184 nm，BJH中孔吸附平均孔直径为21. 357 3 nm，BET比表面积达到12.654 5 m2/g。对水曲柳进行的氮吸附测试结果说明，分级多孔氧化物遗传了木材的结构，具有细长的介孔和管道，这使二氧化钛成为具有多维度复合多级孔结构的半导体光催化材料，二氧化钛在微孔尺度下的孔径分布有利于吸附解吸，较大的比表面积也会增强吸附作用，有利于光催化度的提升，赋予二氧化钛在降低人造板游离甲醛方面可重复利用的能力。

3 结 论

3. 1 以阔叶材水曲柳、桦木为模板焙烧氧化物时，前驱体在木材模板中的浸渍率和焙烧氧化物烧得率相对较高；而针叶材红松、樟子松侵填体和抽提物较多，且纹孔塞的阻碍影响浸渍效果，模板的浸渍率和氧化物烧得率相对较低。

3. 2 采用木材模板氧化物处理胶合板材，其游离甲醛的释放有明显的降低，其中，以负载水曲柳模板氧化物的胶合板对甲醛的降解作用最为明显，可降低至0.096 6 mg/m3。

3. 3 木材模板在600 ℃焙烧所得主要物质为锐钛矿相二氧化钛，遗态转化工艺使二氧化钛成为多维度复合多级孔结构的半导体光催化材料，赋予二氧化钛在降低人造板游离甲醛中的可重复利用能力。

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第1作者简介： 李晶（1997-）， 女， 研究方向： 木材科学与工程。

通讯作者： 刘玉（1982-）， 女， 副教授， 研究方向： 人造板有机污染物释放及控制。

收稿日期： 2018 - 03 - 18

（责任编辑： 潘启英）

作者：李晶　张宏志　郝治雷