纳米TiO_2处理木材的表面疏水性能初探

为改善木材的疏水性能,先采用二氧化钛(TiO2)溶胶进行处理,再分别用低表面能物质硬脂酸、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)进行改性处理。结果表明,改性试样表面负载有纳米级TiO2颗粒,表面修饰了低表面能物质;改性试样的水接触角较未处理材大幅提高;HDTMS比硬脂酸显示出更优良的疏水性能。     

纤维素纳米纤维增强聚合物复合材料研究进展

纤维素纳米纤维(cellulose nanofiber,本文缩写为CNF)因其独特的网状结构和性能特点,在增强聚合物制备复合材料方面发展迅速.简述CNF的制备及特征;然后从改善团聚、提高界面相容性的角度,介绍对CNF进行表面衍生化、表面接枝和添加偶联剂等表面化学改性研究及改性后CNF的性能特点;简述利用CNF增强聚乙烯醇、聚乳酸、环氧树脂、酚醛树脂等聚合物的研究进展;最后对CNF增强聚合物复合材料今后的主要研究方向进行展望.     

化学交联贻贝仿生超疏水木材的构建与性能表征北大核心

聚多巴胺(PDA)修饰的木材表面具有较强粘附特性和表面化学反应活性,通过引入氨基改性纳米二氧化硅(SiO;)粒子构建木材粗糙表面,采用乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,提高纳米SiO2粒子在木材表面的稳固性,采用十八烷基三甲氧基氯硅烷为低功能化改性剂制备表面稳固的超疏水木材。研究表明:当纳米SiO;粒子浓度为2%时,接触角最大为156.6°,滚动角为4.7°,超疏水木材表面经过超声波震荡、模拟下雨冲刷、加热、酸碱腐蚀及有机溶剂浸泡等处理后,仍具有较强的超疏水稳固特性。     

超疏水纤维素复合气凝胶的制备及其油水分离

纤维素气凝胶因具有强亲水性和低油水选择性,且目前纤维素气凝胶表面的疏水化处理过程较冗长,限制了其在油水分离领域的应用。为了解决上述问题,笔者以硫酸水解微晶纤维素制备得到的纳米纤维素(CNC)为原料,利用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)在水相中对其进行硅烷化改性,通过冷冻干燥得到了硅烷化纤维素复合气凝胶。结果表明:所制备的纤维素复合气凝胶具有轻质、多孔特性,随着MTMS添加量的增加,密度逐渐升高(≤0.012 0 g/cm^3),孔隙率略有下降; MTMS的加入对纤维素复合气凝胶的微观形貌影响不大,其骨架结构以二维片层形貌为主,聚甲基硅氧烷均匀地包覆在纤维素片层表面; MTMS的加入使纤维素复合气凝胶的热稳定性明显提高,且未改变纤维素气凝胶的晶型结构,但导致其结晶度逐渐下降。纤维素复合气凝胶的表面接触角随着MTMS添加量的增加而升高,最高达到153.7°,表现出优异的超亲油/超疏水性能。作为吸油材料,超疏水纤维素复合气凝胶不仅可以吸附多种油类和有机溶剂(吸附容量达到52～121 g/g),而且表现出很好的循环使用性能。     

改性纳米结晶纤维素对水性聚氨酯浸润性的研究

利用硅烷偶联剂对纳米结晶纤维素(NCC)进行表面改性以提高其对水性聚氨酯的浸润性,并以改性NCC关于水性聚氨酯的接触角为主要依据,研究了NCC表面改性对浸润性影响规律.实验以硅烷偶联剂SCA-1、SCA-2、SCA-3为改性剂,以水性聚氨酯为有机相.结果表明:1)SCA-1、SCA-2、SCA-3中不同的疏水性基团,能使改性NCC关于水性聚氨酯的浸润能力产生不同程度的提高;2)SCA-3结构中的环氧基团空间位阻效应明显,SCA-3用量8％时可使改性后的NCC对水性聚氨酯浸润性提高37.7％.     

不同硅烷偶联剂对木材润湿性的影响

木材含有大量亲水基团,为多孔性材料,极易受到水分的影响,再加上木材本身属于有机高分子材料,易受微生物侵染。为减少水分给木材带来的不利影响,提高木材利用率,需对木材进行特殊处理,从而阻止大量水分进入木材。将纳米SiO2和纳米TiO2复合,并利用不同硅烷偶联剂对复合后的纳米颗粒进行改性处理,通过分析表面形貌、化学结构、表面润湿性等,考察处理后木材的疏水性。结果表明：经硅烷偶联剂KH550处理后的木材,疏水效果最好。处理材横切面的接触角高达146.1°,其他两个切面也均达到疏水效果。     

离子液体中制备纳米TiO2/纤维素复合纤维及产物的光催化性能

纳米TiO2/纤维素的复合纤维可以用于纺织、材料和催化等领域.在1-丁基-3-甲基咪唑氧盐([ BMIM] Cl)离子液体中,将纳米TiO2粉末与纤维素浆柏共混,采用湿法成型技术制备不同含量的纳米TiO2/纤维素纤维复合纤维.通过力学测试、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对所得复合纤维的力学性能、形貌和结构等进行表征;以亚甲基蓝为模型物,对其光催化性能进行测试.结果表明,TiO2质量分数对复合纤维的形貌和性能影响显著,随TiO2质量分数由2％增大至16.7％,复合纤维的断裂强度降低,初始模量由0.139 cN/dtex降至0.077 cN/dtex,光催化性能先降低而后增强,其中含TiO216.7％的复合纤维催化性能较强.以[BMIM] Cl离子液体为介质,温法纺丝制备有光催化活性纳米TiO2/纤维素纤维的方法是可行的;综合考虑,含TiO2 2.0％的复合纤维性能较佳.     

纳米TiO_2/硬脂酸超疏水材料的制备与表征

为探究适合工业化生产的纳米TiO_2疏水修饰工艺,以便宜无毒的钛酸四丁酯、硬脂酸、无水乙醇等为原料进行了研究。通过对光学接触角测量仪的数据分析,得出水接触角最优的纳米TiO_2疏水材料制备工艺为:将0.2 g TiO_2放入70 mL无水乙醇中超声1 h,再加入1 g硬脂酸,继续超声30 min;接着将超声后的混合液70℃磁力搅拌12 h,然后常温磁力搅拌使得混合溶液稳定6 h,再加入等体积无水乙醇后离心去除上清液,120℃鼓风干燥,最终得到超疏水材料,水接触角166°。该工艺操作简单方便,成本低、疏水性好,适应工业化生产,极具商业价值。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和场发射扫描电子显微镜(SEM)等对内部机理进行探究,得出表面修饰物硬脂酸以化学方式吸附于材料表面。     

光控润湿性转换的抑菌性木材基银钛复合薄膜

以水热法和银镜法在木材表面制备出Ag-Ti O2复合微纳米结构薄膜,并通过有机物氟硅烷修饰使木材表面具有超疏水性。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射能谱(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)和接触角测试等方法对木材表面进行了分析和表征。研究结果显示,经氟硅烷修饰后的Ag-Ti O2负载的木材表面具有良好的紫外光驱动润湿性转换的特性,即光照前为超疏水性(152.8°)和亲油性(25°),光照一段时间后转变为超疏油性(150.2°)和亲水性(26.2°)。这是由于氟硅烷受到紫外光照射后会光致分解破坏一部分的烷基链,并在紫外光的激发下产生亲水基团所致。同时,与单纯Ti O2负载的木材相比,Ag-Ti O2复合薄膜中银纳米颗粒赋予了木材良好的抑菌性能,可提高木材的生物耐久性。以上研究为木材润湿性转换的智能化设计和多功能化设计开辟了新的途径。     

纳米纤维素制备技术及产业化现状

近年来,随着人们对于可再生生物质资源转化利用的日益重视,纳米纤维素因其独特的性质而受到广泛关注。纳米纤维素在高性能复合材料、电子产品、催化材料、生物医用材料和能源等领域的潜在应用引起了学术界和工业界的浓厚兴趣。纳米纤维素与有着近100年发展历史的石油化工产品之间的竞争将是大势所趋。林业行业、建筑业、石化行业和制造业之间的密切合作是将绿色纳米纤维素引入大型消费品市场的关键。纳米纤维素的成本和性能非常具有市场竞争力,其两大主要产品为纤维素纳米纤丝(CNF)和纤维素纳米晶体(CNC)。目前,CNF的制备主要是用化学和酶解等方法对纤维素纤维进行预处理,再通过机械解纤法来分离和减小经过预处理的CNF尺寸。CNC则是利用无机酸、有机酸、氧化、酶解、离子液体、低共熔溶剂(DES)或超临界水法对纯化纤维素处理得到的。CNF和CNC未来的市场发展将取决于新型高效溶剂体系的开发(如固体有机酸和DES等),可大量应用纳米纤维素、有效降低总体生产成本的相关产品(如纳米纤维素复合钻井液、纳米纤维素-水泥复合材料和纳米纤维素改性塑料等)的研发,以及纤维素纳米材料的相关国际标准、生理毒性和使用规范的制订,从而帮助相关部门研发和利用纤维素纳米材料。     

Analysis and characterization of microstructures of a TiO2/bamboo charcoal composite and modified poplar veneer

A type of TiO 2 /bamboo charcoal composite made by a dip-dry method was loaded onto wood veneer with a vacuumpressure method in order to prepare modified poplar veneer.The pore structure parameters and surface morphology of the TiO 2 /bamboo charcoal composite were determined and analyzed by means of a porosimetry analyzer and SEM.The results show that the surface morphology of the composite does not change after being loaded with nano TiO 2.However,its specific surface area (359.814 m 2 ·g-1),pore volume (0.317 cm 3 ·g-1) and average pore diameter (3.526 nm) increased;particularly the cumulative volume of pores was increased by 65.83%.In addition,the distribution range of the pores was wider than that of the bamboo charcoal.Combining the SEM of unmodified and modified poplar veneer,the results of X-ray photoelectron spectroscopy revealed that actually some TiO 2 compounds,i.e.,4.08%,are imbedded in the modified poplar veneer.     

Ag/TiO2-PVA复合膜的光降解性能研究

分别采用抗坏血酸还原法和光化学沉积法,将Ag掺杂到TiO2中,以聚丙烯无纺布为基膜,制备了Ag/TiO2-PVA复合膜以减少TiO2的流失和提高对太阳光的吸收,并对Ag/TiO2-PVA复合膜进行了SEM和XRD表征,以紫外光、模拟太阳光为光源,分别研究了Ag/TiO2-PVA复合膜对有机染料活性翠兰、甲基橙的光催化降解效果,以考察Ag/TiO2-PVA复合膜的催化作用。SEM和XRD的分析结果表明:上述两种方法均能有效地在聚丙烯无纺布表面形成Ag/TiO2-PVA复合膜,抗坏血酸法制备的Ag/TiO2-PVA复合膜的Ag/TiO2负载量高于光化学沉积法。染料废水处理实验结果表明:TiO2/Ag-PVA复合膜对活性翠蓝废水及甲基橙废水的紫外光降解,具有很好的催化作用;对活性翠蓝废水的自然光降解的催化作用不明显,但是对甲基橙废水的自然光降解催化作用较明显。     

纳米TiO2与活性炭纤维复合降解空气中甲醛

通过Sol—Gel法和超临界干燥手段制备具有网络结构和纳米级粒径的TiO2气凝胶,并使之与活性炭纤维（ACF）复合,经过450℃高温煅烧,即可获得具有较高光催化活性和强吸附性的TiO2／ACF复合材料,用以降解目标污染物甲醛。以钛酸丁酯（Ti（OC4H9）4为原料,乙醇、乙酸和乙酰丙酮为水解催化剂制备醇凝胶,溶胶反应液的配比为Ti（OR）4：EtOH：H20：AcOR：ACACH：20：40：5：0．2：2（体积比,mL）。经超临界流体干燥后,在扫描电镜（SEM）下观察,TiO2在ACF的每根纤维上负载均匀,其粒径大小均匀,尺寸均在40—50nm范围内,具有网络结构,空隙率大。在紫外光的作用下,可在25min内使游离甲醛从6．58mg／m^3降至0．99mg／m^3;甲醛的降解效果依次为：TiO2／ACF1〉TiO2／ACF0〉ACF。     

纳米纤维素基吸油气凝胶的制备及性能

以竹粉为原料制备纳米纤维素基体材料,以聚乙烯醇(PVA)为增强相,在酸性环境下采用冷冻干燥法制得PVA/CNFs(纳米纤维素)复合气凝胶;采用三甲基氯硅烷(TMCS)对其进行疏水改性处理,随后将其浸渍到还原氧化石墨烯(r GO)悬浮液中,最终制得疏水型r GO/PVA/CNFs复合气凝胶;通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、接触角(CA)和吸油性能测试,对所制气凝胶的微观形貌、化学结构、疏水性能及吸油性能进行表征。结果表明:制得的复合气凝胶密度为6.78 mg/cm3,具有均匀的三维网状多孔结构,且孔洞结构表面均被石墨烯片层覆盖;经过TMCS疏水处理后,在气凝胶表面形成疏水层结构。FT-IR和Raman分析表明,TMCS疏水改性处理并未改变PVA/CNFs复合气凝胶的化学结构。经疏水处理后气凝胶与水的接触角为138°左右,吸油倍率为78 g/g左右,且吸附过程迅速,饱油后也能悬浮于溶液表面,便于回收再利用。     

Ag／TiO2-PVA复合膜的光降解性能研究

分别采用抗坏血酸还原法和光化学沉积法，将Ag掺杂到TiO2中，以聚丙烯无纺布为基膜，制备了Ag／TiO2—PVA复合膜以减少TiO2的流失和提高对太阳光的吸收，并对Ag／TiO2-PVA复合膜进行了SEM和XRD表征，以紫外光、模拟太阳光为光源，分别研究了Ag／TiO2-PVA复合膜对有机染料活性翠兰、甲基橙的光催化降解效果，以考察Ag／TiO2-PVA复合膜的催化作用。SEM和XRD的分析结果表明：上述两种方法均能有效地在聚丙烯无纺布表面形成Ag／TiO2-PVA复合膜，抗坏血酸法制备的Ag／TiO2—PVA复合膜的Ag／TiO2负载量高于光化学沉积法。染料废水处理实验结果表明：TiO2／Ag—PvA复合膜对活性翠蓝废水及甲基橙废水的紫外光降解，具有很好的催化作用；对活性翠蓝废水的自然光降解的催化作用不明显，但是对甲基橙废水的自然光降解催化作用较明显。     

纳米CaCO3对木纤维增强生物可降解复合材料力学性能的影响

为探索纳米CaCO₃对增强生物可降解复合材料力学性能的影响,采用混炼、注射成型工艺制备纳米CaCO₃改性木纤维/聚乳酸复合材料,研究了纳米粒子添加量（1wt%,2wt%,3wt%,4wt%）及粒子预处理（偶联剂,硬脂酸,偶联剂-硬脂酸）对材料拉伸性能与冲击性能的影响。随着CaCO₃添加量增加,复合材料力学强度先增大后减小,质量分数2%时材料拉伸强度和冲击强度分别提高8%与20%,粒子的增韧效果明显。预处理不仅能增强木纤维与聚乳酸的结合,也提高了纳米粒子分散性,增强材料整体力学性能。纳米粒子在聚合物基体中的分散性及其与聚合物界面结合是影响材料性能的关键。     

Cellulose esters as compatibilizers in wood/poly(lactic acid) composite

One of the important issues relevant to wood/plastic composite molding is the compatibility between hydrophilic wood and hydrophobic plastic. Polyolefins modified with maleic anhydride, which have been frequently used for wood and polyolefin composites, are not effective for poly(lactic acid) composites. Because compounds with both hydrophilic and hydrophobic groups are potential compatibilizers, cellulose esters of several carboxylic acids, RCOO-cellulose (R = CH₃, C₂H₅, C₃H₇, C₄H₉, C₅H₁₁, C₁₁H₂₃), were synthesized and their effects as compatibilizers of wood/poly(lactic acid) composites (WPLC) were examined in this study. The mechanical properties of WPLC were improved with a small amount of added cellulose esters, especially cellulose butyrate or cellulose valerate. The relevant effect of added cellulose esters on the thermal properties of wood/PLA composite was analyzed by measuring dynamic viscoelasticity. Part of this report was presented at the 56th Annual Meeting of Japan Wood Research Society, Akita, August 2006 and the 9th International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials, Cracow, Poland, July, 2007     

Ni/TiO_2-Al_2O_3催化剂的制备及其在松节油催化加氢反应中的应用

以溶胶凝胶法制备Ti O_2-Al_2O_3复合载体,采用超声波辅助浸渍负载Ni制得Ni/Ti O_2-Al_2O_3催化剂,将其应用于松节油催化加氢反应,考察了催化剂制备条件及松节油催化加氢反应条件对催化加氢的影响。结果表明,复合载体中钛铝物质的量之比(钛铝比)值0.4、载体焙烧温度550℃、超声波功率280 W、硝酸镍浸渍液浓度0.5 mol/L和超声波辅助浸渍时间2 h的条件下,制备的催化剂Ni/Ti O_2-Al_2O_3催化性能最高。最佳的加氢反应条件为:反应时间140 min、反应压力4.5 MPa、反应温度150℃和催化剂用量为松节油质量的5%,该条件下原料中α-蒎烯转化率达97.27%,产物顺式蒎烷的选择性为96.15%,顺式蒎烷的得率为93.52%。     

/BAC的制备及其性能研究

采用竹活性炭(BAC)作为载体,以尿素为氮源,采用溶胶-凝胶法掺杂了N元素的TiO2/BAC,然后通过等体积浸渍法负载Pt,制备了铂、氮共掺杂型光催化剂(Pt/N/TiO2/BAC)。样品的N2吸附、XRD、FT-IR、XPS等分析结果表明:掺杂后BAC的比表面积、比孔容积等均有所下降,对中孔及大孔影响更明显;Pt、N共掺杂不改变TiO2的晶型类型,有利于TiO2在活性炭表面分散,N掺杂使晶粒粒径减小,Pt掺杂对晶粒粒径影响不明显;N、Pt通过化学键与TiO2相结合,实现了晶格掺氮,在催化剂表面形成了表面活性位Pt0。样品TiO2/BAC、Pt/TiO2/BAC、N/TiO2/BAC、Pt/N/TiO2/BAC在紫外光、氙灯照射下对水溶液中甲醛的降解研究结果表明:N掺杂拓宽了催化剂的光吸收范围,Pt掺杂增强了TiO2的光催化活性;Pt/N/TiO2/BAC的甲醛去除率达到TiO2/BAC的2.6倍,并且具有良好的分离性能。