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1、本研究旨在解決目前竹材存在的尺寸穩(wěn)定性差、易霉變腐朽、易燃等行業(yè)關(guān)鍵難題,首次提出在竹材表面構(gòu)筑以石墨烯為載體復(fù)合納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建功能型竹材料,賦予竹材優(yōu)異的疏水特性、尺寸穩(wěn)定性、光催化降解特性、抗菌防霉特性、導(dǎo)電特性、阻燃特性等,克服竹材自身缺陷問(wèn)題,拓寬竹材應(yīng)用領(lǐng)域,提升竹產(chǎn)品附加值具有重要意義。
依據(jù)仿生理念將石墨烯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)負(fù)載在竹材表面,采用水熱法合成工藝,再以其為媒介結(jié)合納米制造技術(shù)負(fù)載了ZnO、TiO2、SiO2、A
2、g等納米晶體,制備了幾種新型竹基復(fù)合材料。采用SEM、TEM等技術(shù)檢測(cè)竹材表面構(gòu)筑石墨烯基納米結(jié)構(gòu)的微觀形貌,采用XRD測(cè)試竹材表面結(jié)晶特性,采用FTIR、XPS分析竹材表面化學(xué)結(jié)構(gòu),對(duì)材料的形成機(jī)理進(jìn)行探討。對(duì)制備的材料的疏水、尺寸穩(wěn)定性、光催化降解特性、抗菌防霉特性、導(dǎo)電特性、阻燃特性等進(jìn)行檢測(cè)。據(jù)此,獲得主要研究結(jié)果和結(jié)論如下:
(1)在竹材表面制備了石墨烯納米片層材料(RGOBT),其形成機(jī)理為在氧化石墨烯分散液水熱處
3、理過(guò)程被還原成還原氧化石墨烯,以層層堆積自組裝的方式,在竹材表面通過(guò)吸附和氫鍵共同作用形成保護(hù)層。獲得的RGOBT新型竹材經(jīng)防腐測(cè)試3個(gè)月后,白腐菌引起的質(zhì)量損失降低12.9%,褐腐菌引起的質(zhì)量損失率降低34.5%,RGOBT耐腐朽性能得到顯著提升。
(2)在竹材表面制備了以石墨烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體負(fù)載ZnO納米晶體層(RGO@ZnOBT),顯著提升竹材的防霉性能,經(jīng)測(cè)試RGO@ZnOBT對(duì)黑曲霉的防霉等級(jí)為2,對(duì)木霉和青霉的防霉等
4、級(jí)為0;大腸桿菌接種24h后,RGO@ZnOBT的抑菌圈直徑為8mm,RGO@ZnOBT抗菌作用明顯;同時(shí)熱穩(wěn)定性能較竹材素材也得到了明顯改善。
(3)在竹材表面制備了以石墨烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體負(fù)載TiO2納米晶體層(RGO@ZnOBT),RGO@TiO2BT復(fù)合材料具有優(yōu)異的光催化活性,對(duì)羅丹明B、亞甲基藍(lán)、甲基橙溶液經(jīng)60min光催化降解反應(yīng)后去除率分別為73.7%、80.7%和88.4%,同時(shí)具有較高的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的防火性能
5、,極限氧指數(shù)為33.2%,在空氣中難于燃燒,且燃燒后具有自熄滅功能。
(4)在竹材表面制備了石墨烯負(fù)載球狀SiO2晶體層(FAS-RGO@SiO2),直徑大小約為0.4μm,負(fù)載后竹材表面粗糙度增大。經(jīng)FAS疏水處理后制備的FAS-RGO@SiO2BT具有優(yōu)異的疏水性質(zhì),對(duì)茶、橘子汁、牛奶、咖啡、藍(lán)墨水、紅酒、綠果汁等家庭常用水性液體均具有明顯的疏水效果,同時(shí)對(duì)pH值為1-14的溶液均表現(xiàn)出優(yōu)異的疏水效果。經(jīng)90d泡水試驗(yàn)后,
6、FAS-RGO@SiO2BT的吸水率為9.7%,厚度膨脹為0.5%,較素材尺寸穩(wěn)定性大大提升。
(5)利用銀鏡反應(yīng)在RGOBT表面制備納米Ag負(fù)載層(RGO@AgBT),獲得的RGO@AgBT改良竹材具有導(dǎo)電特性,且對(duì)羅丹明B、亞甲基藍(lán)、甲基橙溶液經(jīng)60min光催化降解反應(yīng)后去除率分別為77.6%、88.8%和78.4%,具有良好的光催化降解特性;對(duì)大腸桿菌和金黃葡萄球菌還具有良好的抗菌效果,同時(shí)具有優(yōu)異的阻燃性能,極限氧指數(shù)
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