竹材表面仿生構(gòu)筑石墨烯基納米結(jié)構(gòu)材料及其形成機(jī)理.pdf

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)，對材料的形成機(jī)理進(jìn)行探討。對制備的材料的疏水、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。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)防腐測試3個月后，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)測試RGO@ZnOBT對黑曲霉的防霉等級為2，對木霉和青霉的防霉等

4、級為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，同時對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;對大腸桿菌和金黃葡萄球菌還具有良好的抗菌效果，同時具有優(yōu)異的阻燃性能，極限氧指數(shù)