一种仿生活立木产生负氧离子人工木材的制备方法与流程

本发明涉及木材仿生技术领域，具体涉及一种仿生活立木产生负氧离子人工木材的制备方法。

背景技术：

氧气因受外界激发带有负电荷而形成负氧离子，其具有改善空气质量、调节人体心肺功能、促进新陈代谢等多种有益功效，被誉为“空气维他命”。在自然界，森林中的负氧离子含量丰富，主要得益于树木枝叶尖端放电和光合作用所致的光电效应。

木材作为一种绿色天然、可再生、环保安全的材料，已广泛应用在建筑及装饰材料领域。传统木材加工产品附加值低，功能单一。随着人们生活水平的不断提高及环保理念、健康意识的不断增强，开发健康环保型功能木材成为研究热点。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种仿生活立木产生负氧离子人工木材的制备方法，其制备的人工木材可以产生负氧离子。

本发明提供的仿生活立木产生负氧离子人工木材的制备方法，包括如下步骤：

步骤s100：对木材进行预处理；

步骤s200：制备g-c3n4；

步骤s300：制备钨酸铯纳米颗粒；

步骤s401：将所述步骤s300制备的钨酸铯纳米颗粒与所述步骤s200制备的g-c3n4加入去离子水中，超声分散，得到钨酸铯/g-c3n4水分散液；

步骤s402：将所述步骤s100预处理的木材浸渍于所述钨酸铯/g-c3n4水分散液中，经过反复多次真空加压浸渍处理；

步骤s403：将经浸渍处理的木材在室温条件下干燥；

步骤s404：将干燥后的木材进行热压缩处理，得到所述仿生活立木产生负氧离子人工木材。

可选地，所述步骤s402的所述真空加压浸渍处理中，真空度为-0.01mpa～-0.1mpa，加压压力为0.1mpa～5mpa，处理时间为0.1h～24h，处理次数为2-10次。

可选地，所述步骤s404的所述热压缩处理中，热压温度为80℃～200℃，热压压力为0.1mpa～10mpa，热压时间为0.5h～24h。

可选地，所述步骤s401的所述钨酸铯/g-c3n4水分散液中，钨酸铯浓度为0.05g/l～5g/l，g-c3n4的浓度为0.01g/l～3g/l；

所述步骤s401的超声分散的时间为4h。

可选地，所述步骤s100的预处理包括以下步骤：

步骤s101：配制氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液；

步骤s102：将所述氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液加热至100℃，将木材浸渍于其中进行蒸煮处理；

步骤s103：将蒸煮处理后的木材放入去离子水中，加热至100℃以去除木材中残留的试剂。

可选地，所述步骤s101的氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液中，氢氧化钠的浓度为0.01mol/l～5mol/l，亚硫酸钠的浓度为0.01mol/l～3mol/l。

可选地，所述步骤s102的蒸煮处理中，蒸煮时间为0.1h～48h。

可选地，所述步骤s200的g-c3n4的制备过程如下：

步骤s201：将三聚氰胺放入坩埚中，在550℃条件下处理4h；

步骤s202：待所述步骤s201的产物冷却至室温，将其分散于浓盐酸中沉降24h，离心后取沉淀颗粒；

步骤s203：将所述步骤s202的沉淀颗粒利用去离子水洗涤并放入烘箱干燥，制得所述g-c3n4。

可选地，所述步骤s300的钨酸铯纳米颗粒的制备过程如下：

步骤s301：将氯化钨和无水乙醇混合，均匀搅拌，得到混合溶液；

步骤s302：向所述混合溶液中加入氢氧化铯，混合均匀；

步骤s303：将所述步骤s302获得的溶液在240℃条件下溶剂热反应20h；

步骤s304：对步骤s303的产物进行离心处理，并利用去离子水和无水乙醇清洗，并置于烘箱干燥，获得所述钨酸铯纳米颗粒。

可选地，所述步骤s301的混合溶液中，氯化钨的浓度为0.05mol/l～2mol/l，氢氧化铯的浓度为0.01mol/l～2mol/l。

本发明的有益效果：

1.本发明的仿生活立木产生负氧离子人工木材的制备方法，以可再生的建筑装饰材料木材为基材，通过氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液预处理木材，木材经过预处理之后，可提高木材的孔隙率，为后续钨酸铯和g-c3n4的渗透和负载提供了空间，并结合真空加压浸渍和热压缩处理增加负氧离子释放材料在木材中的负载量，提高负氧离子释放量。

2.本发明制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材具有可见光负氧离子释放功能，其负氧离子释放量达到2000个/cm²，可调节生活和工作环境空气质量。

3.本发明制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材，可赋予木材新功能，提高木材的附加值，具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为实施例3所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材的扫描电镜图；

图2为实施例1-3及对比例1-2所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材的负氧离子释放量随时间的变化曲线；

图3为实施例3所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材在放置不同时间后其负氧离子释放量示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

自然界的生物经过长时间的进化过程，已形成了适应环境的特性，通过研究它们的独特功能，为创制新型功能材料提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术。

本申请在对木材进行负载处理之前，采用氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液对木材进行预处理，可以提高木材的孔隙率，便于后续钨酸铯/g-c3n4水分散液的渗透，从而增加负氧离子释放材料在木材中的负载量，提高负氧离子释放量。

通过本申请的制备方法所制备的人工木材，钨酸铯与g-c3n4复合形成异质结，降低了电子和空穴的复合，提高了木材的可见光光催化活性。同时，在可见光的照射下，电子迁移产生电子和空穴，空气中的氧分子和水分子与这些电子和空穴反应生成o2—，也就是负氧离子。

实施例1

s101：将100g氢氧化钠和50g亚硫酸钠溶解于1000ml去离子水中，配制成氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液，其中，氢氧化钠的浓度为2.5mol/l，亚硫酸钠的浓度为0.4mol/l；

s102：将氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液加热至100℃，将木材浸渍于其中蒸煮处理7h；

s103：将蒸煮处理后的木材放入去离子水中，加热至100℃以去除木材中残留的试剂；

s201：将30g三聚氰胺放入坩埚中，在550℃条件下处理4h；

s202：待s201的产物冷却至室温，将其分散于浓盐酸中沉降24h，离心后取沉淀颗粒；

s203：将所述步骤s202的沉淀颗粒利用去离子水洗涤并放入烘箱干燥，制得所述g-c3n4；

s301：将39.7g氯化钨和100ml无水乙醇混合，均匀搅拌，得到混合溶液，其中，氯化钨的浓度为1mol/l；

s302：向所述混合溶液中加入7.5g氢氧化铯，混合均匀，其中，氢氧化铯的浓度为0.5mol/l；

s303：将s302获得的溶液在240℃条件下溶剂热反应20h；

s304：对s303的产物进行离心处理，并利用去离子水和无水乙醇清洗，并置于烘箱干燥，获得所述钨酸铯纳米颗粒。

s401：取1g钨酸铯纳米颗粒与1g的g-c3n4加入1000ml去离子水中，超声分散4h，得到钨酸铯/g-c3n4水分散液，其中，钨酸铯浓度为1g/l，g-c3n4的浓度为1g/l；

s402：将s100预处理的木材浸渍于所述钨酸铯/g-c3n4水分散液中，在-0.1mpa真空条件以及1mpa压力条件下浸渍5h，重复上述真空加压浸渍过程2次；

s403：将经浸渍处理的木材在室温条件下干燥；

s404：将干燥后的木材在200℃、0.1mpa的条件下热压缩处理12h，得到所述仿生活立木产生负氧离子人工木材。

实施例2

s101：将0.4g氢氧化钠和1.26g亚硫酸钠溶解于1000ml去离子水中，配制成氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液，其中，氢氧化钠的浓度为0.01mol/l，亚硫酸钠的浓度为0.01mol/l；

s102：将氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液加热至100℃，将木材浸渍于其中蒸煮处理0.1h；

s103：将蒸煮处理后的木材放入去离子水中，加热至100℃以去除木材中残留的试剂；

s201：将1g三聚氰胺放入坩埚中，在550℃条件下处理4h；

s202：待s201的产物冷却至室温，将其分散于浓盐酸中沉降24h，离心后取沉淀颗粒；

s203：将所述步骤s202的沉淀颗粒利用去离子水洗涤并放入烘箱干燥，制得所述g-c3n4；

s301：将1.985g氯化钨和100ml无水乙醇混合，均匀搅拌，得到混合溶液，其中，氯化钨的浓度为0.05mol/l；

s302：向所述混合溶液中加入0.15g氢氧化铯，混合均匀，其中，氢氧化铯的浓度为0.01mol/l；

s303：将s302获得的溶液在240℃条件下溶剂热反应20h；

s304：对s303的产物进行离心处理，并利用去离子水和无水乙醇清洗，并置于烘箱干燥，获得所述钨酸铯纳米颗粒。

s401：取0.05g钨酸铯纳米颗粒与0.01g的g-c3n4加入1000ml去离子水中，超声分散4h，得到钨酸铯/g-c3n4水分散液，其中，钨酸铯浓度为0.05g/l，g-c3n4的浓度为0.01g/l；

s402：将s100预处理的木材浸渍于所述钨酸铯/g-c3n4水分散液中，在-0.01mpa真空条件和0.1mpa压力条件下浸渍0.1h，重复上述真空加压浸渍过程10次；

s403：将经浸渍处理的木材在室温条件下干燥；

s404：将干燥后的木材在80℃、10mpa的条件下热压缩处理0.5h，得到所述仿生活立木产生负氧离子人工木材。

实施例3

s101：将200g氢氧化钠和378g亚硫酸钠溶解于1000ml去离子水中，配制成氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液，其中，氢氧化钠的浓度为5mol/l，亚硫酸钠的浓度为3mol/l；

s102：将氢氧化钠/亚硫酸钠水溶液加热至100℃，将木材浸渍于其中蒸煮处理48h；

s103：将蒸煮处理后的木材放入去离子水中，加热至100℃以去除木材中残留的试剂；

s201：将100g三聚氰胺放入坩埚中，在550℃条件下处理4h；

s202：待s201的产物冷却至室温，将其分散于浓盐酸中沉降24h，离心后取沉淀颗粒；

s203：将所述步骤s202的沉淀颗粒利用去离子水洗涤并放入烘箱干燥，制得所述g-c3n4；

s301：将79.4g氯化钨和100ml无水乙醇混合，均匀搅拌，得到混合溶液，其中，氯化钨的浓度为2mol/l；

s302：向所述混合溶液中加入30g氢氧化铯，混合均匀，其中，氢氧化铯的浓度为2mol/l；

s303：将s302获得的溶液在240℃条件下溶剂热反应20h；

s304：对s303的产物进行离心处理，并利用去离子水和无水乙醇清洗，并置于烘箱干燥，获得所述钨酸铯纳米颗粒。

s401：取5g钨酸铯纳米颗粒与3g的g-c3n4加入1000ml去离子水中，超声分散4h，得到钨酸铯/g-c3n4水分散液，其中，钨酸铯浓度为5g/l，g-c3n4的浓度为3g/l；

s402：将s100预处理的木材浸渍于所述钨酸铯/g-c3n4水分散液中，在-0.1mpa真空条件和5mpa压力条件下浸渍24h，重复上述真空加压浸渍过程5次；

s403：将经浸渍处理的木材在室温条件下干燥；

s404：将干燥后的木材在120℃、2mpa的条件下热压缩处理24h，得到所述仿生活立木产生负氧离子人工木材。

图1为实施例3所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材的扫描电镜图。由图1可以看出，大量钨酸铯和g-c3n4负载在木材表面和内部空隙中。

对比例1

s401：取实施例3中步骤s301-s304所制备的钨酸铯纳米颗粒5g加入1000ml去离子水中，超声分散4h，得到钨酸铯水分散液，其中，钨酸铯浓度为5g/l；

s402：取未处理的木材按实施例3中步骤s101-s103的预处理方法进行预处理，再将其浸渍于所述钨酸铯水分散液中，在-0.1mpa真空条件和5mpa压力条件下浸渍24h，重复上述真空加压浸渍过程5次；

s403：将经浸渍处理的木材在室温条件下干燥；

s404：将干燥后的木材在120℃、2mpa的条件下热压缩处理24h，得到所述仿生活立木产生负氧离子人工木材。

对比例2

s401：取实施例3中步骤s201-s203所制备的g-c3n43g加入1000ml去离子水中，超声分散4h，得到g-c3n4水分散液，其中，g-c3n4的浓度为3g/l；

s402：取未处理的木材按实施例3中步骤s101-s103的预处理方法进行预处理，再将其浸渍于所述g-c3n4水分散液中，在-0.1mpa真空条件和5mpa压力条件下浸渍24h，重复上述真空加压浸渍过程5次；

s403：将经浸渍处理的木材在室温条件下干燥；

s404：将干燥后的木材在120℃、2mpa的条件下热压缩处理24h，得到所述仿生活立木产生负氧离子人工木材。

将实施例1-3和对比例1-2所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材分别置于密闭容器内，在波长为420nm的可见光下照射1h，通过aic1000负离子检测仪测试容器内的负氧离子浓度。图2为实施例1-3及对比例1-2所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材的负氧离子释放量随时间的变化曲线。参见图2，实施例3所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材的负氧离子释放量最高，在40min后保持容器内负氧离子浓度不变，实施例1和实施例2所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材的负氧离子释放量次之，对比例1和对比例2所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材的负氧离子释放量较少，且在30min后负氧离子浓度即保持不变。因此，同时将钨酸铯和g-c3n4负载在木材上的人工木材的负氧离子释放效果要优于单独将钨酸铯或g-c3n4负载在木材上的人工木材的负氧离子释放效果。

将实施例3所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材在密闭容器内无光照射条件下放置0天、7天、14天、21天和28天之后，在波长为420nm的可见光下照射1h，分别测试容器内的负氧离子浓度。图3为实施例3所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材在放置不同时间后其负氧离子释放量示意图。参见图3，实施例3的人工木材在连续放置28天之后，再次经过可见光照射，仍能释放出与初始负氧离子释放量基本相等的负氧离子。因此，本发明所制备的仿生活立木产生负氧离子人工木材的负氧离子释放量能够保持持续稳定。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值并不限制本发明的范围。在这里示出和描述的所有示例中，除非另有规定，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。