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TiO_(2)@SiO_(2)-脱木素木材的制备及其耐光性增强

         
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摘要

【目的】在二氧化钛(TiO_(2))颗粒表面包覆光惰性物质二氧化硅(SiO_(2)),制备出具有抑制纳米TiO_(2)固有的光催化活性、仍保留其原有的紫外屏蔽、可见光透明特性、具有核壳结构、单分散、小尺寸纳米TiO_(2)@SiO_(2),用于抑制脱木素木材(DW)中残留木质素的光老化,制备耐光型TiO_(2)@SiO_(2)-脱木素木材(TiO_(2)@SiO_(2)-DW),以提高DW基功能材料的耐光性,延长其使用寿命、木材高值化及碳达峰、碳中和,为经典、普适液-固-液(LSS)法制备的单分散、脂肪酸保护的其他小尺寸纳米颗粒表面的SiO_(2)包覆、改性及功能化提供可行方案。【方法】采用LSS法制备单分散、尺寸约8 nm、表面吸附油酸分子、分散在环己烷中、锐钛矿相纳米TiO_(2);反向微乳液法在TiO_(2)纳米颗粒表面包覆SiO_(2),制备出单分散、粒径约12 nm、分散在乙醇中、具有核壳结构的纳米TiO_(2)@SiO_(2);H_(2)O_(2)/HAc除木质素法去除木材中的木质素,且仍保留木材原有纤维素骨架,得到H_(2)O_(2)/HAc-脱木素木材(H_(2)O_(2)/HAc-DW);将TiO_(2)@SiO_(2)浸渍、涂覆在H_(2)O_(2)/HAc-DW表面并机械压制,制备出TiO_(2)@SiO_(2)-DW;TEM、XRD、FTIR和UV-Vis分别表征纳米TiO_(2)、TiO_(2)@SiO_(2)的形貌/单分散性、晶体结构、表面官能团以及UV-Vis吸收性能;SEM和EDS表征TiO_(2)@SiO_(2)在DW表面的沉积、分布;L^(*)a^(*)b^(*)色差法测量老化前后的色度值、计算总色差ΔE^(*),评估DW、TiO_(2)@SiO_(2)-DW的耐光性。【结果】TEM表明,纳米TiO_(2)、TiO_(2)@SiO_(2)均为单分散性,尺寸分别为8 nm和12 nm;相机照片表明,纳米TiO_(2)、TiO_(2)@SiO_(2)可分别分散在环己烷、乙醇中;XRD表明,TiO_(2)、TiO_(2)@SiO_(2)均为锐钛矿相,SiO_(2)壳层为无定形结构;UV-Vis表明,TiO_(2)@SiO_(2)具有UV屏蔽、可见光透明特性;H_(2)O_(2)/HAc-DW中的木质素残留量减少至0.8%;SEM和EDS表明,TiO_(2)@SiO_(2)均匀沉积/镶嵌在DW表面;相机照片表明,TiO_(2)@SiO_(2)未影响DW的颜色及美观纹理;加速老化结果表明,由于木质素残留量低至0.8%,H_(2)O_(2)/HAc-DW的ΔE^(*)降至4.9±0.9,结合TiO_(2)@SiO_(2)的UV屏蔽作用,TiO_(2)@SiO_(2)-DW的ΔE^(*)进一步降至2.3±0.3。【结论】基于木质素去除、TiO_(2)@SiO_(2)屏蔽UV策略,成功制备出耐光型TiO_(2)@SiO_(2)-DW,明显优于纳米TiO_(2)、锑掺杂氧化锡等无机和有机UV屏蔽材料防护下的原木、DW和透明木材的耐光性;TiO_(2)@SiO_(2)-DW的机械强度高于原木,为LSS法制备的单分散、尺寸约8 nm、脂肪酸保护的其他纳米颗粒表面的SiO_(2)包覆、改性及功能化提供了可行方案。

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