一种用于抑制室内细菌生长的改性木材、制备方法及其应用

本发明涉及一种用于抑制室内细菌生长的改性木材、制备方法及其应用，属于环保建筑材料。

背景技术：

1、人类宜居的湿度为40%～65%，过低或过高的湿度容易造成人类疾病的产生和菌类的滋生（如图1所示）。为保持人类舒适的温湿度环境，目前主要通过空调、加湿器和除湿机等电力设备进行主动调节，这种方式会消耗大量的电能。因此，研发新型的环保节能的建筑材料，通过被动的吸湿或排湿来调节室内的湿度以达到抑制室内细菌生长的目的具有重要意义。木材因其多级孔隙结构和丰富的羟基，具备天然的室内湿度调节功能。但由于其吸附容量有限，且水分扩散速度缓慢，导致木材对湿度调节效率低、效果差。研究表明，水蒸气在3-7.4 nm的孔径范围内具有可逆的吸湿/解吸性能和最佳的湿度调控性能。虽然丰富的层级多孔结构是木材独特的天然优势，但这种孔隙结构分布不均匀、孔隙类型相对固定。目前行业内通过对木材进行碳化处理或引入吸湿盐等方法改善木材对水分的吸附/解吸能力，但这类方法获得的调湿木材存在吸湿能力弱、再生温度高或调节的湿度范围未在理想湿度范围内（40%~65%）等问题，也无法实现通过被动湿度调节方式抑制室内细菌生长的目的。

2、另外，通过文献及专利检索，目前也存在一些通过对木材与其他物质复合或对其本身进行改进从而形成改性木材，使得这些改性木材具有一定的抑菌效果，但上述这些具有抑菌效果的改性木材，其这种抑菌性能仅是针对木材自身产生的霉菌进行抑菌，无法对周围环境通过湿度调节抑制细菌生长，从而无法实现室内抑菌的效果。

3、因此，如何提供一种新的改性木材及其制备方法，使其能快速对周围环境进行湿度调节，保持室内环境处于所需湿度范围进而抑制细菌生长，是本发明所需的研究方向。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于抑制室内细菌生长的改性木材、制备方法及其应用，采用特定的木材/mof复合材料，使其能根据室内环境的湿度情况快速对周围环境进行湿度调节，保持室内环境处于所需湿度范围进而实现抑制细菌生长的目的。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于抑制室内细菌生长的改性木材，所述改性木材为木材/mof复合材料，其中mof（有机框架材料）在木材内的负载量不小于5%；所述木材/mof复合材料的吸湿点和解吸点均在湿度40%~65%之间，且吸湿容量不小于35%。

3、上述用于抑制室内细菌生长的改性木材的制备方法，具体步骤为：

4、a、选取mof纳米粒子，所选mof纳米粒子的吸湿点和解吸点均在湿度40%~65%之间，且吸湿容量不小于50%；

5、b、将上述mof纳米粒子粉末溶于乙醇溶液，并进行超声分散，从而获得浓度为1~30g/l的mof溶液；

6、c、选取木材，并将木材浸渍于步骤b制备的mof溶液中0.5~24 h；

7、d、将步骤c浸渍后的复合材料干燥，干燥时间为0.5~24 h；

8、e、交替重复步骤c和d，直至mof在木材内的负载量超过5%且继续浸渍负载量不再增加时停止；不同木材和mof纳米粒子的组合浸渍次数不同，根据上述条件确定不同种类的木材和mof纳米粒子的浸渍次数；

9、f、最后将步骤e得到的木材/mof复合材料干燥6~24 h，用于将溶剂完全除去，从而制成改性木材。

10、进一步，所述木材为杉木、杨木、巴沙木、云杉、杉木、榉木和桉木的其中一种；或脱木质素处理后的杉木、杨木、巴沙木、云杉、杉木、榉木和桉木的其中一种；或氢氧化钠处理后的杉木、杨木、巴沙木、云杉、杉木、榉木和桉木的其中一种。

11、进一步，所述步骤d和e中的干燥均为常压干燥、真空干燥和真空冷冻干燥的其中一种，其中常压干燥及真空干燥的干燥温度均为65~103ºc；采用真空冷冻干燥前，先对所需干燥的材料使用-18℃冰箱进行冷冻处理。

12、进一步，所述mof纳米粒子为mil-101(cr)、bit-66、y-shp-mof-5、cau-1-oh、cr-soc-mof-1、nu-1500-cr、basolite a300、molecular sieve mcm-41其中一种制成。这些mof纳米粒子的吸湿点和解吸点均在湿度40%~65%之间，且吸湿容量不小于50%。

13、进一步，所述步骤c中浸渍时处于真空环境，用于缩短浸渍时间。

14、上述改性木材用于抑制室内细菌生长的应用，具体过程为：若室内湿度高于木材/mof复合材料的吸湿点时，则木材/mof复合材料会快速对周围环境吸收水分以降低室内湿度；若室内湿度低于木材/mof复合材料的解吸点时，则木材/mof复合材料会快速向周围环境释放水分以升高室内湿度，最终将室内湿度控制在40%~65%，实现抑制室内细菌生长的作用。

15、mof是一类由金属离子或团簇与有机配体组成的晶体材料，对水蒸汽有很好的吸附与储存性能。由于mof的晶体结构特性，mof通常以粉末形式存在，利用木材负载mof能够有效解决mof加工成型难等问题，木材/mof复合材料将木材的应用广泛拓展到水处理、气体吸附及摩擦发电等多个领域，本申请的发明人基于上述现有技术得出，在木材内引入具有较高吸湿能力的mof易将室内湿度降低，但是现有的木材/mof复合材料会持续吸湿，使得室内环境的湿度低于40%的水平，同样会造成细菌的滋生；为达到抑制室内细菌生长的目的，发明人进行创新研究，最终通过采用特定的制备参数制备出吸湿点和解吸点均在湿度40%～65%之间，且吸湿容量超过35%的木材/mof复合材料形成改性木材，将这种改性木材作为室内装修用建筑材质，当室内湿度高于吸湿点时，则木材/mof复合材料会快速对周围环境吸收水分以降低室内湿度；当室内湿度低于解吸点时，则木材/mof复合材料会快速向周围环境释放水分以升高室内湿度，最终将室内湿度控制在40%~65%，实现抑制室内细菌生长的作用。整个调节湿度及抑制细菌生长的过程无需外部能源消耗，仅通过材料自身被动式吸收水分及释放水分的特性实现，从而不仅节能减排、且更为环保。

技术特征：

1.一种用于抑制室内细菌生长的改性木材，其特征在于，所述改性木材为木材/mof复合材料，其中mof在木材内的负载量不小于5%；所述木材/mof复合材料的吸湿点和解吸点均在湿度40%~65%之间，且吸湿容量不小于35%。

2. 一种根据权利要求1 所述用于抑制室内细菌生长的改性木材的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述木材为杉木、杨木、巴沙木、云杉、杉木、榉木和桉木的其中一种；或脱木质素处理后的杉木、杨木、巴沙木、云杉、杉木、榉木和桉木的其中一种；或氢氧化钠处理后的杉木、杨木、巴沙木、云杉、杉木、榉木和桉木的其中一种。

4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤d和e中的干燥均为常压干燥、真空干燥和真空冷冻干燥的其中一种，其中常压干燥及真空干燥的干燥温度均为65~103ºc；采用真空冷冻干燥前，先对所需干燥的材料使用-18℃冰箱进行冷冻处理。

5. 根据权利要求2所述制备方法，特征在于，所述mof纳米粒子为mil-101(cr)、bit-66、y-shp-mof-5、cau-1-oh、cr-soc-mof-1、nu-1500-cr、basolite a300、molecular sievemcm-41其中一种制成。

6.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤c中浸渍时处于真空环境，用于缩短浸渍时间。

7.一种权利要求1所述改性木材用于抑制室内细菌生长的应用，具体过程为：若室内湿度高于木材/mof复合材料的吸湿点时，则木材/mof复合材料会快速对周围环境吸收水分以降低室内湿度；若室内湿度低于木材/mof复合材料的解吸点时，则木材/mof复合材料会快速向周围环境释放水分以升高室内湿度，最终将室内湿度控制在40%~65%，实现抑制室内细菌生长的作用。

技术总结
本发明公开了一种用于抑制室内细菌生长的改性木材、制备方法及其应用，所述改性木材为木材/MOF复合材料，其中MOF纳米粒子在木材内的负载量不小于5%；所述木材/MOF复合材料的吸湿点和解吸点均在湿度40%~65%之间，且吸湿容量不小于35%；若室内湿度高于木材/MOF复合材料的吸湿点时，则木材/MOF复合材料会快速对周围环境吸收水分以降低室内湿度；若室内湿度低于木材/MOF复合材料的解吸点时，则木材/MOF复合材料会快速向周围环境释放水分以升高室内湿度，最终将室内湿度控制在40%~65%，实现抑制室内细菌生长的作用。

技术研发人员：屠坤坤,葛文杰,王娜,余荣华
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/7