一种增强竹材吸附性能的热改性及其预测方法技术

本发明专利技术涉及一种具有烟气吸附性能的热改性竹材及制备方法。本发明专利技术研究包括对竹材进行干燥处理，蒸汽热改性，以及激光散射粒子加速测量法检测热改性竹材的烟气吸附性能。本发明专利技术制备了具有不同烟气吸附性能的热改性竹材，增强了竹材的烟气吸附性能，因此，提高了竹材的附加值。该发明专利技术方法无任何化学药剂添加，操作简单可行。

【技术实现步骤摘要】
一种增强竹材吸附性能的热改性及其预测方法
本专利技术涉及一种增强竹材吸附性能的热改性方法，特别涉及一种预测热改性竹材表面颜色、吸附性能的函数关系，属于竹材改性

技术介绍
高温热处理技术是一种竹材或木材物理改性手段，一般是在热油或缺氧环境(水蒸汽、惰性气体保护等)下，升高温度至160-260℃之间，通过热量使竹材或木材发生物理化学反应，达到提高其表面颜色装饰性、尺寸稳定性、生物耐久性以及环保安全性等目的。高温热处理技术多应用于木材改性，竹材热处理技术和研究相对较少，CN105773755A的中国专利申请公开了一种“户外用油热处理重组竹材制备方法”，提供一种户外用油热处理重组竹材制备方法，以该方法制备的重组竹材，力学性能显著提高，且具有很好的耐腐防霉性能，尺寸稳定性好，适于户外使用；公开号为CN105690512A的中国专利申请公开了“一种高温热处理竹束的生产方法”，该方法包括以下步骤：(1)竹片；(2)软化处理；(3)碾压；(4)热处理工艺；(5)养生处理。该专利技术采用导热油作为热源，与高温高压保护蒸汽相比，竹束制备过程中无大量的废气，生产工艺绿色环保；同时，在氨气氛围中对竹束进行高温热处理，制备的竹束疏解均匀、渗透性好、材色均匀，物理力学性能差异较小，可提高户外用竹重组材的防变形开裂性能。高温热处理使竹材表面颜色变深，装饰性增强，能大大提高竹材的利用价值。沈钰程等人利用化学成分分析以及红外方法从木质素中官能团变化的角度来研究热处理竹材的变色机理，竹材木质素是由苯基丙烷结构单元通过醚键、碳-碳键连接而成的芳香族高分子化合物，在热处理过程中木素侧链发生了缩合反应，产生了新的β-β和β-5缩合结构，同时发生了侧链消除反应，形成了新的共轭双键，导致共轭体系加长。此外，高温热处理后竹材纤维素和半纤维素发生降解大量的羟基被氧化转变成羰基和羧基，木质素百分含量相对增加。公开号为CN105415470A的中国专利申请公开了“一种精确调控竹材颜色的方法”，该方法具体由1)建立竹材热处理三维样品库；2)样品库转换成颜色库；3)热处理方案初选；4)热处理方案多维度优选；5)数据库精细化等步骤完成。利用温度-介质-时间三因素建立竹材热处理后的样品颜色三维数据库，为目标竹材颜色的热处理方案提供一个基准取件，由于不同热处理介质特性不同，可以从多个技术维度选择合理的热处理方案。目前尚未发现热改性增强竹材吸附性能的相关研究以及建立热改性条件与竹材表面颜色，改性竹材表面明度(L*)与吸附性能之间函数关系的相关专利。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过热改性提高竹材吸附性能，并建立函数关系调控和预测热改性竹材表面颜色及吸附性能：通过控制热改性工艺条件获得不同表面颜色和吸附性能的改性竹材，同时可通过热改性竹材表面明度(L*)对其吸附性能进行有效地预测，对于竹材热处理实际生产具有一定指导意义。为实现上述目的，本专利技术一方面研究热处理温度对竹材的颜色和吸附性能的影响。其中，所述热改性的温度为120-220℃；所述保温时间为1-4h。特别是，所述热改性包括对竹材依次进行升温、保温热处理。热改性温度分别为120、140、160、180、200、220℃，保温时间分别为1、2、3、4h。研究热改性对竹材颜色及其吸附性能的影响，包括如下顺序进行的步骤：1)将竹材置于热处理试验箱中，缓慢升温至目标温度；2)继续在同一温度下进行保温，获得热改性竹材；3)热改性结束后对竹材的色度学参数进行检测；4)热改性结束后对竹材的吸附性能进行测试。其中，步骤1)中所述竹材在热处理试验箱中的目标温度分别为120、140、160、180、200、220℃。特别是，所述竹材在热处理试验箱中的目标温度优选为160、180、200、220℃。特别是，采用蒸汽保护并以5-20℃/min的升温速率缓慢升温至100℃并保温30min，然后继续缓慢升温至目标温度。尤其是，所述的升温速率优选为20℃/min。其中，步骤2)中所述保温时间为1、2、3、4h。特别是，所述保温时间优选为4h。其中，步骤3)中所述热改性结束后是指待热处理试验箱温度降至室温，并放置一段时间。特别是，检测是根据标准色度学系统(CIEL*a*b*)采集热改性前后竹材表面色度学参数。尤其是，将热改性后竹材置于室内环境30天后再进行表面色度学参数测试。其中，步骤4)中所述通过激光散射粒子加速测量法定期监测密闭亚克力箱内的烟气PM2.5数值变化，并计算热改性竹材的吸附效率。特别是，测试试样总面积为0.01584m2，将待测热改性竹材试样及汉王霾表王M1(北京汉王蓝天科技有限公司)置于定制的密闭亚克力箱内(50cm×50cm×50cm)，利用香烟烟气作为测试气体，保证每次测试前箱内测试仪的数值均为999.99ug/m3。尤其是，热改性竹材的吸附效率为竹材对空间PM2.5的每小时吸附量(单位为ug/h)。本专利技术另一方面将建立热改性条件与热改性竹材表面颜色、竹材吸附效率与明度值之间的函数关系，包括如下顺序进行的步骤：1)观察热改性竹材颜色，并进行表面色度学参数测试和吸附性能检测；2)建立热改性前后竹材表面色差值(ΔE*)与热处理后明度值(L*)之间的函数关系；3)建立热改性竹材明度值(L*)与热处理条件之间的相互关系；4)建立热改性竹材表面明度值(L*)与吸附性能之间的关系。其中，步骤1)中采用TC-PIIG型全自动测色色差计(北京光学仪器厂)对热改性竹材的色度学参数进行检测，包括明度(L*)、红绿轴色度指数(a*)、黄绿轴色度指数(b*)；特别是，色差ΔE*可由各色度学参数变化值计算获得：ΔE*＝(ΔL*2+Δa*2+Δb*2)1/2(1)其中：ΔL*、Δa*、Δb*分别表示热改性前后竹材表面明度、红绿轴色度指数及黄蓝轴色度指数的变化值；其中，由步骤2)中函数关系可知，热改性竹材的色差值(ΔE*)与明度值(L*)之间存在显著的线性相关性。特别是，热改性条件为热处理温度为120-220℃，保温时间为1-4h。其中，步骤3)中建立热改性竹材的明度值(L*)与热改性温度之间的函数关系。特别是，热改性温度为120-220℃，保温时间为1-4h。其中，步骤4)中建立热改性竹材吸附性能与改性竹材表面明度值(L*)之间的函数关系。特别是，吸附性能测试中竹材热改性温度为160-220℃，热处理时间均为4h。尤其是，测试热处理竹材试样总面积为0.01584m2，将待测热改性竹材试样及汉王霾表王M1置于定制的密闭亚克力箱内(50cm×50cm×50cm)，利用香烟烟气作为测试气体，保证每次测试前箱内测试仪的数值均为999.99ug/m3。测试开始后，每隔30min进行一次数值记录，每次测试时长均为4小时。本专利技术的有益效果主要体现在以下方面：1、本专利技术中热改性竹材吸附性能显著提高，经过220℃热处理4h后，热改性竹材吸附性能相比未处理竹材提高35.70％，竹材利用价值大大提高。2、本专利技术建立了竹材热改性前后表面色差值(ΔE*)与明度值(L*)以及热改性温度和热改性竹材明度值(L*)之间的函数关系，可以通过调整处理温度来获得不同表面颜色的热处理竹材，装饰效果丰富。3、本专利技术建立热改性竹材表面明度值(L*)和吸附性能之间的函数关系，可以通过检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有烟气吸附性能的热改性竹材的制备方法，其特征在于，包括如下顺序进行的步骤：1)去除竹青、竹黄部分，并调整含水率，获得干燥竹材；2)将竹材置于热处理试验箱中，缓慢升温至目标温度继续在同一温度下进行保温，获得热改性竹材；3)利用激光散射粒子加速测量法检测热改性竹材的烟气吸附效率，得到不同吸附性能的热改性竹材。

【技术特征摘要】
1.一种具有烟气吸附性能的热改性竹材的制备方法，其特征在于，包括如下顺序进行的步骤：1)去除竹青、竹黄部分，并调整含水率，获得干燥竹材；2)将竹材置于热处理试验箱中，缓慢升温至目标温度继续在同一温度下进行保温，获得热改性竹材；3)利用激光散射粒子加速测量法检测热改性竹材的烟气吸附效率，得到不同吸附性能的热改性竹材。2.如权利要求1所述的热改性竹材的制备方法，其特征是，步骤1)中所述竹材置于103℃下干燥6h以上，使得竹材的含水率＜15％。3.如权利要求1所述的热改性竹材的制备方法，其特征是，2)中所述竹材热改性是在热处理试验箱中采用蒸汽保护并缓慢升温至100℃并保温3...

【专利技术属性】
技术研发人员：储德淼，母军，赖宗元，伊松林，张丽，李雨爽，康柳，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11