竹材表面仿生構筑石墨烯基納米結構材料及其形成機理.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)關鍵難題，首次提出在竹材表面構筑以石墨烯為載體復合納米結構構建功能型竹材料，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、導電特性、阻燃特性等，克服竹材自身缺陷問題，拓寬竹材應用領域，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)狀結構負載在竹材表面，采用水熱法合成工藝，再以其為媒介結合納米制造技術負載了ZnO、TiO2、SiO2、A

2、g等納米晶體，制備了幾種新型竹基復合材料。采用SEM、TEM等技術檢測竹材表面構筑石墨烯基納米結構的微觀形貌，采用XRD測試竹材表面結晶特性，采用FTIR、XPS分析竹材表面化學結構，對材料的形成機理進行探討。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、導電特性、阻燃特性等進行檢測。據(jù)此，獲得主要研究結果和結論如下:
　　(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，白腐菌引起的質量損失降低12.9％，褐腐菌引起的質量損失率降低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)狀結構載體負載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)狀結構載體負載TiO2納米晶體層(RGO@ZnOBT)，RGO@TiO2BT復合材料具有優(yōu)異的光催化活性，對羅丹明B、亞甲基藍、甲基橙溶液經(jīng)60min光催化降解反應后去除率分別為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載球狀SiO2晶體層(FAS-RGO@SiO2)，直徑大小約為0.4μm，負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，對茶、橘子汁、牛奶、咖啡、藍墨水、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)利用銀鏡反應在RGOBT表面制備納米Ag負載層(RGO@AgBT)，獲得的RGO@AgBT改良竹材具有導電特性，且對羅丹明B、亞甲基藍、甲基橙溶液經(jīng)60min光催化降解反應后去除率分別為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)