一种具有光催化功能的薄木贴面的制备方法与流程

本发明涉及一种薄木贴面的制备方法。

背景技术：

家具是日常生活中必不可少的用品，但是，因为家具中有机污染物的释放对人体造成了伤害。这个问题引起人们的关注。因此，能够降解有机物且绿色环保的家具深受欢迎。现有的相关铋系光催化木材是用两次加压浸渍处理，所用的卤化盐溶液在加工过程中可能产生有毒气体。此外，这种方法是先浸渍到一种溶液a中，在浸渍到另一种溶液b中，不足之处在于，首先，两次加工时长与成本提高，其次，浪费溶液成本，因为当从a中取出浸渍到b之后，b溶液就无法再次利用。第三，具有不可控性，在第二次浸渍时，有可能生成的物质堵塞在表面，无法均匀的分布在木材中。最后，此方法光催化剂的产生是利用两离子相遇沉淀反应后加压到木材表面。结合力有待商榷。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有铋系光催化木材的制备成本高，加工过程中易产生有毒气体及光催化效果差的问题，而提供一种具有光催化功能的薄木贴面的制备方法。

一种具有光催化功能的薄木贴面的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、制备混合溶液A：

将五水合硝酸铋溶解到硝酸中，得到混合溶液A；

步骤一中所述的五水合硝酸铋的物质的质量与硝酸的体积比为(2mmol～4mmol):(30mL～50mL)；

步骤一中所述的硝酸的浓度为3mol/L～5mol/L；

二、制备混合溶液B；

将四水合钼酸铵溶解到蒸馏水中，得到混合溶液B；

步骤二中所述的四水合钼酸铵的质量与蒸馏水的体积比为(0.3g～0.8g):(30mL～40mL)；

三、制备反应液：

将混合溶液B以20滴/min～40滴/min的滴加速度滴加到混合溶液A中，得到混合溶液C；使用质量分数为25％～28％的氨水将混合溶液C的pH值调节至3.5～4，再在搅拌速度为300r/min～500r/min下搅拌2h～4h，得到反应液；

步骤三中所述的混合溶液B与混合溶液A的体积比为(0.8～1.1):1；

四、水热反应：

将反应液转移至反应釜中，再将木材浸渍到反应液中，再在温度为155℃～170℃下反应14h～16h，得到反应产物；使用去离子水对反应产物清洗3次～5次，再在温度为50℃～55℃的真空干燥箱中干燥10h～14h，得到具有光催化功能的薄木贴面和光催化剂粉末。

本发明的原理及优点：

一、本发明将木材作为原料，利用木材上的官能团与其余原料发生化学反应，在木材上生长出晶核继而结晶的光催化剂，十分均匀的且牢固的散布在木材表面；

二、本发明直接使用低成本原料，木材参与在加工过程中，得到的成品一部分为具有光催化功能的薄木贴面，一部分为光催化剂粉末，实验样品充分利用，无浪费；

三、本发明成本低，节省时间，在得到具有光催化功能的薄木贴面的同时可以得到钼酸铋光催化剂粉末，也可以有效利用，绿色环保无污染无浪费；

四、本发明中木材参与到反应过程中，钼酸铋晶体是在木材中形成晶核继而生长。与木材具有良好的结合且分布均匀；

五、本发明制备的具有光催化功能的薄木贴面可利用太阳光降解空气和水分中的有机物，这种产品具有入口无毒的性能，十分安全，并且可以应用于各种家具的表面贴面，有效与空气接触，达到净化空气的目的；

六、使用本发明制备的具有光催化功能的薄木贴面在12分钟内可以降解15％的RhB染料。

本发明可获得一种具有光催化功能的薄木贴面。

附图说明

图1为实施例一制备的具有光催化功能的薄木贴面放大5000倍的SEM图；

图2为实施例一制备的具有光催化功能的薄木贴面放大20000倍的SEM图；

图3为实施例一制备的具有光催化功能的薄木贴面的XRD图；

图4为紫外可见吸收光谱图，图4中1为实施例一步骤四得到的光催化剂粉末的紫外可见吸收光谱曲线，2为实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面的紫外可见吸收光谱曲线；

图5为在波长为554nm的光照不同时长下降解RhB染料的降解动力学曲线图；图5中1为实施例一步骤四得到的光催化剂粉末降解RhB染料的降解动力学曲线，2为实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面降解RhB染料的降解动力学曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种具有光催化功能的薄木贴面的制备方法具体是按以下步骤完成的：

一、制备混合溶液A：

将五水合硝酸铋溶解到硝酸中，得到混合溶液A；

步骤一中所述的五水合硝酸铋的物质的质量与硝酸的体积比为(2mmol～4mmol):(30mL～50mL)；

步骤一中所述的硝酸的浓度为3mol/L～5mol/L；

二、制备混合溶液B；

将四水合钼酸铵溶解到蒸馏水中，得到混合溶液B；

步骤二中所述的四水合钼酸铵的质量与蒸馏水的体积比为(0.3g～0.8g):(30mL～40mL)；

三、制备反应液：

将混合溶液B以20滴/min～40滴/min的滴加速度滴加到混合溶液A中，得到混合溶液C；使用质量分数为25％～28％的氨水将混合溶液C的pH值调节至3.5～4，再在搅拌速度为300r/min～500r/min下搅拌2h～4h，得到反应液；

步骤三中所述的混合溶液B与混合溶液A的体积比为(0.8～1.1):1；

四、水热反应：

将反应液转移至反应釜中，再将木材浸渍到反应液中，再在温度为155℃～170℃下反应14h～16h，得到反应产物；使用去离子水对反应产物清洗3次～5次，再在温度为50℃～55℃的真空干燥箱中干燥10h～14h，得到具有光催化功能的薄木贴面和光催化剂粉末。

本实施方式的原理及优点：

一、本实施方式将木材作为原料，利用木材上的官能团与其余原料发生化学反应，在木材上生长出晶核继而结晶的光催化剂，十分均匀的且牢固的散布在木材表面；

二、本实施方式直接使用低成本原料，木材参与在加工过程中，得到的成品一部分为具有光催化功能的薄木贴面，一部分为光催化剂粉末，实验样品充分利用，无浪费；

三、本实施方式成本低，节省时间，在得到具有光催化功能的薄木贴面的同时可以得到钼酸铋光催化剂粉末，也可以有效利用，绿色环保无污染无浪费；

四、本实施方式中木材参与到反应过程中，钼酸铋晶体是在木材中形成晶核继而生长，与木材具有良好的结合且分布均匀；

五、本实施方式制备的具有光催化功能的薄木贴面可利用太阳光降解空气和水分中的有机物，这种产品具有入口无毒的性能，十分安全，并且可以应用于各种家具的表面贴面，有效与空气接触，达到净化空气的目的；

六、使用本实施方式制备的具有光催化功能的薄木贴面在12分钟内可以降解15％的RhB染料。

本实施方式可获得一种具有光催化功能的薄木贴面。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的五水合硝酸铋的物质的质量与硝酸的体积比为(2mmol～3mmol):(30mL～40mL)。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的五水合硝酸铋的物质的质量与硝酸的体积比为(3mmol～4mmol):(40mL～50mL)。其它步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的硝酸的浓度为3mol/L～4mol/L。其它步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述的四水合钼酸铵的质量与蒸馏水的体积比为(0.3g～0.5g):(30mL～35mL)。其它步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述的四水合钼酸铵的质量与蒸馏水的体积比为(0.5g～0.8g):(35mL～40mL)。其它步骤与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三中所述的混合溶液B与混合溶液A的体积比为(0.9～1):1。其它步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中将混合溶液B以20滴/min～30滴/min的滴加速度滴加到混合溶液A中，得到混合溶液C；使用质量分数为27％～28％的氨水将混合溶液C的pH值调节至4，再在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌2h～3h，得到反应液。其它步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤四中将反应液转移至反应釜中，再将木材浸渍到反应液中，再在温度为155℃～160℃下反应14h～15h，得到反应产物；使用去离子水对反应产物清洗3次～4次，再在温度为50℃～53℃的真空干燥箱中干燥10h～12h，得到具有光催化功能的薄木贴面和光催化剂粉末。其它步骤与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤四中将反应液转移至反应釜中，再将木材浸渍到反应液中，再在温度为160℃～165℃下反应15h～16h，得到反应产物；使用去离子水对反应产物清洗4次～5次，再在温度为53℃～55℃的真空干燥箱中干燥12h～14h，得到具有光催化功能的薄木贴面和光催化剂粉末。其它步骤与具体实施方式一至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：一种具有光催化功能的薄木贴面的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、制备混合溶液A：

将3mmol五水合硝酸铋溶解到40mL硝酸中，得到混合溶液A；

步骤一中所述的硝酸的浓度为4mol/L；

二、制备混合溶液B；

将0.5g四水合钼酸铵溶解到36mL蒸馏水中，得到混合溶液B；

三、制备反应液：

将步骤二中得到的混合溶液B以30滴/min的滴加速度滴加到步骤一中得到的混合溶液A中，得到混合溶液C；使用质量分数为28％的氨水将混合溶液C的pH值调节至4，再在搅拌速度为400r/min下搅拌3h，得到反应液；

四、水热反应：

将反应液转移至反应釜中，再将木材浸渍到反应液中，再在温度为160℃下反应14h，得到反应产物；使用去离子水对反应产物清洗4次，再在温度为50℃的真空干燥箱中干燥12h，得到具有光催化功能的薄木贴面和光催化剂粉末；

步骤四中所述的木材为水曲柳，水曲柳的长为10mm，宽为10mm，厚度为0.5mm。

图1为实施例一制备的具有光催化功能的薄木贴面放大5000倍的SEM图；

从图1可知，实施例一制备的钼酸铋光催化剂晶体均匀的分布在木材表面。

图2为实施例一制备的具有光催化功能的薄木贴面放大20000倍的SEM图；

从图2可知，钼酸铋晶体是生长在木材组织上，而不是简单的附着在木材表面。

图3为实施例一制备的具有光催化功能的薄木贴面的XRD图；

以2θ为16.2°和22.4°的衍射峰对应于木材。对于实施例一制备的具有光催化功能的薄木贴面，其余的衍射峰可以被归类为纯的koechilinite晶相，这是符合参考文献(JCPDS76-2388)。

图4为紫外可见吸收光谱图，图4中1为实施例一步骤四得到的光催化剂粉末的紫外可见吸收光谱曲线，2为实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面的紫外可见吸收光谱曲线；

从图4可知，实施例一步骤四得到的光催化剂粉末为钼酸铋晶体，在可见光范围内，曲线2表现出更强烈的吸收，表明在可见光照射下具有光活性。表明在本发明中制备的具有光催化功能的薄木贴面对比纯钼酸铋晶体在可见光区域应具有良好的光催化潜能。带隙是从吸收边缘估计出来的。

样品的带隙值进一步根据方程ahv＝A(hv-Eg)^n/2估算，其中a，h，n，Eg和A分别是吸收系数，普朗克常数，光频率，带隙和常数。其中，n值取为1，依据此公式及图4中的数据计算实施例一得到的钼酸铋晶体和具有光催化功能的薄木贴面的带隙，钼酸铋晶体的带隙值为2.8eV，实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面的带隙值为2.6eV。实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面比钼酸铋晶体具有更小的带隙。这些结果指出，实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面在可见光照射下具有适合光催化降解有机污染物的带隙，所以实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面具有好的光催化活性。

在波长为554nm的光照下将实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面加入到30mL浓度为10mol/L的RhB染料溶液中，降解0min～12min时RhB染料溶液的降解动力学曲线见图5所示；

图5为在波长为554nm的光照不同时长下降解RhB染料的降解动力学曲线图；图5中1为实施例一步骤四得到的光催化剂粉末降解RhB染料的降解动力学曲线，2为实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面降解RhB染料的降解动力学曲线。

图5中C是在光催化过程中在554nm波长处对RhB的吸收，C0是在光催化剂上吸附平衡后的吸收，从图5中清楚地看到，在12分钟的照射后，光催化剂粉末(钼酸铋晶体)降解率为10％，实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面则达到了15％，证明了实施例一步骤四得到的具有光催化功能的薄木贴面具有更好的光催化效果。