木质基g-C3N4/TiO2复合涂层的制备及光催化性能表征

为改善木材易污染,易霉变的缺点,采用真空浸渍和液相沉淀法,将g-C₃N₄/TiO₂复合涂层负载于木材表面,对木材进行功能化改良,赋予木材光催化自清洁功能。使用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射、傅里叶红外光谱表征样品的表观形貌、相结构等。以罗丹明B为目标污染物,利用UV-VIS分光光度计测量降解效率,检测负载g-C₃N₄/TiO₂复合涂层的木质基材光催化性能。结果表明: g-C₃N₄/TiO₂复合涂层成功负载于木材表面,g-C₃N₄与TiO₂相互掺杂有效地提高了两者的光催化活性,负载g-C₃N₄/TiO₂复合涂层的木质基材具有一定的光催化功能。      

基于杉木模板的Zn2+掺杂TiO2的光催化性能研究

  目的  针对木材加工行业带来的加工剩余物浪费问题,本研究以杉木为模板,通过浸渍–煅烧的方法,制备具有木材分级多孔结构的Zn2+掺杂TiO₂复合光催化剂,利用木材加工剩余物的高值化利用的方式提高光催化材料的性能。  方法  以亚甲基蓝溶液为降解对象,探讨了不同的Zn2+掺杂对木材模板TiO₂的光催化活性的影响,并结合XRD、SEM、XPS、BET、TEM和UV-vis等表征分析探讨模板二氧化钛的光催化降解机制。  结果  以杉木为模板的Zn-TiO₂具有良好的孔隙结构,其晶型为锐钛矿型和少量的金红石型的混晶结构,平均晶粒尺寸为22.0 nm。掺杂的Zn2+取代了Ti4+的晶格的位置,使TiO₂吸收波长在可见光区发生红移。在紫外光照射条件下,杉木模板1.0%Zn-TiO₂对亚甲基蓝的降解效率最高,达到了99.31%,相比无模板TiO₂提升了27%,同时其禁带宽度相比于无模板TiO₂从3.08 eV减小至2.41 eV。在循环降解亚甲基蓝的实验中,5次降解效率均达到90%以上。  结论  采用木材模板法制备的Zn-TiO₂光催化降解有机污染物性能优异,具有良好的稳定性。木材独特的孔隙结构有利于光的吸收和传质,较高的比表面积为光催化提供了更多的活性位点。Zn2+与被替代的Ti4+由于半径和价态差异使晶格内产生晶格缺陷,抑制了光生电子–空穴的复合,增加了载流子的运输,从而提高光催化性能。将木材剩余物的加工与多孔无机材料领域相结合,对木材加工剩余物的功能化转变具有潜在的应用前景。      

负载二氧化钛陶瓷材料对玉米秸秆光合生物制氢的影响

【目的】探究陶瓷材料作为二氧化钛(TiO₂)载体在玉米秸秆光合生物制氢中的作用。【方法】将3种陶瓷材料(氧化铝、氧化锆和碳化硅)负载TiO₂,以累计产氢量、pH值和还原糖质量浓度为考察指标，考察负载TiO₂陶瓷材料对玉米秸秆光合生物制氢的影响及重复使用效果。【结果】添加负载TiO₂陶瓷材料可以提高玉米秸秆光合生物制氢累计产氢量，其中负载TiO₂氧化铝陶瓷材料效果最好，累计产氢量相较空白对照组提高了25.7%,最大产氢速率为12.08 mL·h^-1;添加负载TiO₂陶瓷材料对光合生物制氢pH值和还原糖质量浓度的影响较小，仅在12～48 h内导致还原糖质量浓度明显降低。在重复使用试验中，负载TiO₂氧化锆陶瓷材料在第二次和第三次使用中效果更好，累计产氢量相较空白对照组提高了24.7%和28.0%,可以有效提高TiO₂的重复利用率。利用扫描电子显微镜观察使用后的陶瓷材料，发现TiO₂     

TiO2/PDMS增强表面热改性木材耐老化性的协同效应

目的表面热改性木材是一种常见的室外用木材,但易受光照和水分的作用发生老化现象,这在一定程度上限制了它的应用。因此,探究一种有效可行的改性方法提高表面热改性木材的耐老化性能十分必要。方法本研究采用二氧化钛(TiO₂)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)单独或复合处理作为表面热改性的预处理手段,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)测试其微观结构和表面物质的变化,探讨了不同处理手段对于提高表面热改性木材耐老化性能的改性效果及其作用机理。结果TiO₂或PDMS单独改性处理不能有效提高表面热改性材的耐老化性能。TiO₂/PDMS复合改性处理有效提升了表面热改性材在老化过程中的颜色稳定性、疏水性能和耐磨性能,这是TiO₂的紫外屏蔽效应和PDMS的防水效应共同作用的结果。木材表面形成的纳米TiO₂能够散射、反射和吸收紫外光,防止木材内部组分因吸收紫外光发生剧烈降解,PDMS可减少TiO₂颗粒因水分和摩擦影响而产生的流失。结论TiO₂/PDMS复合改性处理对改善表面热改性材耐老化性能具有协同作用。      

竹活性炭比表面积及其孔径对TiO_2/BAC光催化降解甲醛性能的影响

[目的]研究竹活性炭比表面积及其孔径对TiO2/BAC光催化降解甲醛性能的影响。[方法]以竹子为原料,按照不同浸渍比,用磷酸活化法制备不同孔径和比表面积的系列竹活性炭（BAC）作为载体;通过溶胶凝胶法制备负载型光催化剂（TiO2/BAC）,以水溶液中的甲醛作为目标污染物,考察所得的一系列负载型光催化剂的光催化性能;采用氮气吸附、SEM进行表征,研究了竹活性炭的孔径和比表面积对负载型光催化剂性能的影响。[结果]竹活性炭吸附和TiO2光解的协同效应使TiO2/BAC光催化剂对水溶液中甲醛的处理效率显著提高;比表面积较大、微孔较多、平均孔径为2~3 nm的竹活性炭有利于TiO2的负载,制备得到的复合光催化活性较高。[结论]为TiO2光催化剂的固化负载研究提供了理论依据。     

2022 年 7 期目录

  目的  模拟阴燃过程，研究土壤表层温度变化规律和气体释放特征，为阴燃燃烧动力学、阴燃蔓延机制和阴燃火灾监测等研究提供理论支持。  方法  以大兴安岭地区兴安落叶松人工林土壤为研究对象，通过阴燃炉实验，分析测定不同燃烧时间下的土壤温度和气体（CO₂、CO）释放量，及不同含水率（20%、30%、40%）对气体释放量的影响。  结果  阴燃过程中土壤表层温度呈现先快速增加，然后保持平稳，最后快速下降直至熄灭的变化趋势；根据土壤表层温度变化特征，将阴燃过程分为点燃期、上升期、稳定期和熄灭期4个阶段，各阴燃阶段校正燃烧效率（MCE）均小于0.75；阴燃过程中CO₂平均释放量为316.23 mg/m3，CO平均释放量为101.25 mg/m3；阴燃过程中CO呈现持续性释放状态，CO₂呈现间歇性释放状态；燃烧时间对CO₂和CO释放量存在显著性影响，但CO₂和CO释放量不存在相关关系；不同含水率下，CO₂释放量呈现显著性差异（P ? 0.05），但CO释放量无显著性差异（P ? 0.05）。  结论  根据阴燃中的温度和气体变化，阴燃在14 h 后出现向明燃转化的趋势，但由于土壤中可燃物含量下降，最终未转化为明燃；由于含水率升高导致土壤氧气含量下降和热量损失增加，因此CO₂释放量降低；在含水率20% ~ 40%的条件下，阴燃均可以维持蔓延传播，因此CO释放量无显著性差异。      

Fe/S共掺杂TiO2空心球膜的制备及光催化降解甲醛研究

甲醛是一种常见的室内污染物,对人体健康有极大的危害。以钛酸四丁酯为前驱体,Fe(NO₃)₃和硫脲分别为Fe、S掺杂源,纳米碳球为模板,制备Fe、S共掺杂TiO₂空心球(Fe/S-THs)。采用丝网印刷法在牛皮纸载体上制备TiO₂空心球(THs)膜,并测试空心球膜对甲醛的光催化降解活性。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪、比表面积分析仪、紫外-可见漫反射光谱仪对复合膜的结构和形貌进行表征。结果表明,所制备空心球的直径均为200～300 nm, Fe/S-THs具有良好的可见光吸收性能;0.50 Fe/S-THs膜与THs膜相比具有更佳的紫外光、可见光催化降解活性,在可见光照射下经5次循环使用后催化降解率仅下降6%。     

基于雷达检测的木材内部孔洞面积测算与修正

  目的  开展木材内部孔洞的雷达检测研究，探讨该检测手段下孔洞成像的准度和精度，实现木材内部孔洞的雷达快速识别和定量表征。  方法  以古建筑木结构常用的马尾松Pinus massoniana木材和杉木Cunninghamia lanceolata木材为研究对象，采取人工模拟的方法在木段端部制作异型孔洞，并利用雷达扫描仪对带孔木段进行检测，比较分析直观成像技术与希尔伯特积算法、单路径数据提取合成以及成像轮廓多参数校正等处理方法之间的差异，提出基于雷达检测的木材内部孔洞面积测算与可行的修正方法。  结果  利用雷达无损检测技术可以对马尾松和杉木木材内部孔洞的存在进行快速识别，但其直观成像技术在定量评估方面误差较大，需进行相关的数据处理和修正；未经修正的雷达图像其预估孔洞面积小于实际孔洞面积，通过希尔伯特积算法演算或介电常数修正的雷达图像其预估孔洞面积与实际孔洞面积仍存在一定的误差；木材边缘与孔洞边缘的距离应按s_3c=(s_r－a)k₁k₂进行修正，即实际应用中根据树种和含水率所得到的介电常数仅为多参数校正中的一个因素；无论是否进行数据处理和修正，雷达检测难以准确识别孔洞的具体形状，应开展进一步研究。  结论  该雷达检测及修正方法应用于木材内部孔洞探测，综合树种和含水率数值，可确保孔洞面积识别误差小于30%。图6表2参17     

纳米MnO2改性木材对甲醛的光催化降解研究

以杉木为载体,低温水热工艺制备出纳米MnO₂改性木材光催化复合材料,考察了不同HCI摩尔比、光照强度、降解时间、用量对甲醛的降解性能的影响。结果表明:随着制备MnO₂改性杉木材料时的HCI摩尔比的增加,其对甲醛的降解率先增加后降低;而随着降解时间的增加其甲醛降解率逐渐趋于平缓。MnO₂改性杉木材料在室温阳面自然光照射下对甲醛的催化降解72 h达到92.42%;而甲醛降解率随着白炽灯功率增加却呈下降的趋势。当用0.9 g的MnO₂改性杉木材料在白炽灯15 W的照射下,HCI浓度为2 mol·L^-1时,降解时间3 h,甲醛催化降解率达到98.37%。     

以木材为模板的BiVO4-CdS光催化性能研究

【目的】以木材加工固体废弃物为原料,制备具有木材仿生微纳米孔结构的BiVO₄-CdS复合光催化剂,旨在利用木材模板形成更多的异质结结构提高光催化材料的催化性能,拓展其在木材加工染料废水污染处理中的应用。【方法】分别采用杉木、杨木、巴沙木3种树种的木材加工固体废料为模板,通过浸渍煅烧和化学沉积两步法制备BiVO₄-CdS复合光催化剂,以木材染色废水中的罗丹明B(RhB)为目标降解对象,对复合光催化剂可见光下降解RhB的性能进行评价研究。【结果】3种具有木材模板仿生结构的BiVO₄-CdS复合光催化剂均表现出良好的吸附-光催化降解RhB的能力。密度较低的巴沙木-BiVO₄-CdS在达到吸附平衡后,对RhB有着高达29.26%的去除率;在120 min内可见光下对RhB的降解率为96.01%,其反应速率是无模板BiVO₄、BiVO₄-CdS的6.69倍和3.37倍。10次吸附-光催化降解循环处理后,材料的降解效率依然达到85%以上。【结论】木材模板仿生构造赋予复...     

褐腐初期南方松木材微观形貌与化学成分分析

目的探究褐腐初期,腐朽菌定植对木材颜色、微观形貌以及化学成分的影响,为进一步探究木材褐腐初期降解机理提供理论基础。方法对南方松边材进行不同时长的密黏褶菌腐朽处理,利用场发射扫描电子显微镜对腐朽材的微观结构进行表征,探究褐腐菌进入木材内部的通道。同时,利用色差仪、傅里叶红外光谱、X射线能谱表征木材在不同腐朽阶段的质量损失...     

纳米SiO2-IPBC微胶囊的制备及其在橡胶木防霉的应用

【目的】制备一种新型纳米SiO₂-IPBC微胶囊防霉剂并探究其性能,旨在提高3-碘-2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)在木材中的固着性能和耐老化性能,使其具有长效缓释性能,拓宽其在木材防霉领域的应用范围。【方法】通过溶胶–凝胶法合成的纳米SiO₂粉末为囊壁,以IPBC为囊芯,采用真空共混法制备纳米SiO₂-IPBC微胶囊木材防霉剂。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、耐光老化和缓释性能分析等方法对微胶囊进行表征;以橡胶木为研究对象,可可球二孢、黑曲霉、绿色木霉、桔青霉为被试菌种,对不同质量分数纳米SiO₂-IPBC微胶囊防霉剂处理的橡胶木抑菌效力进行综合评价,获得微胶囊防霉剂的综合性能指标。【结果】纳米SiO₂-IPBC微胶囊呈规则球状,粒径分布在20～100 nm之间,包覆率达46.33%。微胶囊发生热失重温度为120～280℃;经紫外灯照射60 min仅产生轻微黄变。微胶囊在质量分数20%的乙醇水溶液中,前60 min释放速率较...     

光强与氮肥施加对玉铃花幼苗光合生理参数的影响

【目的】筛选更有利于玉铃花 Styrax obassia 光合生理参数表达的光强、施氮组合处理,揭示光强、氮素变化与玉铃花幼苗生长的关系。【方法】采用盆栽育苗方法,构建光氮双因素控制试验：4 种遮光处理 [ 全光对照 (透光率100.00%)、轻度遮光 (透光率为 47.30%,L₁),中度遮光 (20.00%,L₂) 和高度遮光 (7.75%,L₃)] 与 3 种施氮处理 [N₂ (施纯氮 0.63 g),N₁(施纯氮 0.21 g) 和 N₀(不施氮)],测定分析玉铃花的光响应进程和光合色素质量分数的变化特征。【结果】(1)随遮光程度和施氮量的增加,玉铃花幼苗的净光合速率、表观量子效率和总叶绿素质量分数呈现相应的增加,暗呼吸速率则相对减弱,其光饱和点为 140.00～481.33 μmol·m^-2·s^-1,光补偿点为 6.00～34.67 μmol·m-2·s-1、叶绿素 a/b<2。(2)全光及 L<...     

低盐和低碱活性红染料在柞木单板染色中的应用

  目的  明确低盐和低碱活性染料应用于单板染色的适用性,可降低染液废液污染水平和生产成本。  方法  选择新型低盐活性大红(SNE)染料和低碱活性红(LA)染料对渗透性较差的柞木Xylosma japonicum单板进行染色,以应用较广的活性红(M-3BE)染料作为对照,测试3种染料染色柞木单板的直接性、反应性、固色率和染色效果,利用傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TG)和扫描电镜(SEM)分析其官能团、组分和细观结构的变化。  结果  与M-3BE染料相比,SNE染料硫酸钠用量降至1/2和LA染料碳酸钠用量降至1/8时,SNE染料固色率提高了15.33%、色差降低了1.35%,LA染料固色率降低了3.37%、色差提高了2.03%。染色处理后,木材表面羟基含量减少,其中低盐染料染色柞木单板羟基含量最低,除出现较弱的硫酸盐S=O吸收峰外,无新吸收峰产生。3种活性染料与木材的结合机理和产生的官能团结构相似,但因染料母体结构差异较大,导致热分解曲线略有不同。染料分子可从木材表面扩散到木材内部,扩散程度从大到小依次为SNE、M-3BE、LA。  结论  SNE染料具有较高的上染率,LA染料具有优异的颜色提升性,可用来染色木材单板,从而降低电解质盐和碱的排放。图3表3参28     

外源酸催化对木材半纤维素热降解规律的影响

[目的]高温热处理可使木材半纤维素部分降解,改善木材的尺寸稳定性.使用外源酸可降低木材半纤维素热降解温度,因此有必要明确其热降解规律.[方法]采用碱法分离的方式提取出杨木和杉木的半纤维素,通过傅里叶红外光谱仪和热重分析法研究引入外源酸条件下(两种外源酸AlCl3和H3PO4,每种外源酸的浓度分别为0.1和0.3 mol...     

生物预处理秸秆纤维特性及复合材料的性能研究

  目的  探究生物预处理对秸秆纤维及其与脲醛树脂制备的复合材料性能的影响,为秸秆基复合材料的制备及发展提供理论依据。  方法  接种微生物菌剂(秸秆腐熟剂)对水稻Oryza sativa秸秆进行好氧发酵处理,测定不同处理时间下水稻秸秆中半纤维素、纤维素、木质素等的变化,测试并对比未经生物改性处理秸秆纤维(S₀)、经生物改性处理5 (S₅)和10 d (S₁₀)秸秆纤维的结晶度和微观形貌,制备秸秆纤维/脲醛树脂复合材料,分别标记为F₀、F₅、F₁₀,比较不同生物预处理时间下秸秆基复合材料的表面性能和力学性能。  结果  改性处理后秸秆表面的硅和蜡等物质被去除,但较长的生物改性处理时间(10 d)会破坏秸秆纤维自身结构。相比于S₀和S₁₀,S₅的纤维素相对含量最高,为37.99%,结晶度也最好,为47.8%。3种秸秆基复合材料中F₅疏水性最好,表面能最低,冲击韧性最大(7 665.64 J·m?2);F₁₀抗弯性能更好,静曲强度和弹性模量分别为27.73和20 354 MPa,相比F₀分别提高了59.00%和50.17%。  结论  生物改性处理可以改善秸秆纤维的表面性质,提高秸秆纤维/脲醛树脂复合材料的性能,生物改性处理5 d的秸秆纤维更好,制备的复合材料性能更优良。图4表1参28     

硅镁凝胶强化人工林杉木的制备工艺优化及性能研究

  目的   为有效提升人工林杉木物理力学性能,以无机硅酸钠（Na₂SiO₃）溶液为浸渍改性剂,硫酸镁（MgSO₄）溶液为固化剂,采用真空–加压循环浸渍方法制备硅镁凝胶改性杉木,探究硫酸镁的添加量和不同浸渍工艺对改性杉木浸渍效果和性能的影响,并优化浸渍工艺为硅镁凝胶改性杉木的规模生产提供理论依据。   方法  通过单因素试验探讨硫酸镁和硅酸钠的摩尔比、浸渍时间、浸渍压力与负/正压时间比4个因素对杉木试件改性效果的影响,在此基础上设计L₉(34)正交试验优化浸渍工艺参数。由最佳工艺制得硅镁凝胶改性杉木与硅酸钠改性杉木,考察其质量增加率、顺纹抗压强度、硬度、吸水率、抗流失率、耐热性等性能和微观形貌表征,对比两种改性杉木之间及与未处理杉木的差异。  结果  综合单因素和正交试验结果得到:以硫酸镁和硅酸钠的摩尔比为1∶2的MgSO₄溶液和Na₂SiO₃溶液改性杉木,浸渍时间2 h、浸渍压力0.3 MPa和负/正压时间比2∶1的条件下制得的硅镁凝胶改性杉木性能最佳。对比未处理杉木,硅镁凝胶改性杉木的抗压强度、端面硬度、弦切面硬度和径切面硬度分别提升81.1%、73.1%、52.6%和37.2%,吸水率由129.3%降至73.3%。SEM结果显示硅镁凝胶改性杉木中硫酸镁成功浸入杉木管胞与硅酸钠反应并将其固化,导致其沉积物形貌不同,相比硅酸钠改性杉木其抗流失性提升了22.1%。TGA曲线中硅镁凝胶改性杉木的质量损失速率显著降低,由于无机组分的浸入,残余质量提升了27.09%。  结论  杉木经硅镁凝胶改性后,密度和强度增加,耐水性能改善,硬度、抗流失性及热稳定性显著提高,较硅酸钠改性杉木更具性能和应用方面的优势。