一种高强度碳化木材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及碳化木技术领域，具体涉及一种高强度碳化木材料及其制备方法，本申请提供的制备方法，将烘干的木块放入煮沸的NaOH与Na2SO3混合溶液中，利用化学处理从木材中部分去除木质素和半纤维素，使木材中的部分细胞壁坍塌，之后通过真空环境外压压缩高度排列的纤维素纳米纤维，使木材完全致密化，从而使碳化木机械性能提高，确保速生林所制得的碳化木机械强度，提升环境友好型材料使用质量，同时，本申请使用的化学试剂NaOH、Na2SO3和H2O2都是常用的化学试剂，成本低廉，易处理处置达到无污染，且样品处理过程、步骤简单易操作，重复性高，易于进行大批量的工业化生产制造；本申请提供的高强度碳化木材料，其机械性能高，可以更好地满足应用性能需求。更好地满足应用性能需求。更好地满足应用性能需求。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度碳化木材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及碳化木
，特别是涉及一种高强度碳化木材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化木(wood carbon，WC)作为一种原料来源广泛、成本低廉且制作方法简单碳材料，无论在工业还是材料科学研究前沿都十分受欢迎。例如在催化材料邻域，王等人在碳化木长而直的介孔孔道上均匀的负载Ni纳米颗粒，构造了一个低弯曲度的高性能流动反应器，用于生物质焦油的转化，效果优异(Y.G.Wang,G.W.Sun,J.Q.Dai,G.Chen,J.Morgenstern,Y.B.Wang,S.F.Kang,M.W.Zhu,S.Das,L.F.Cui,and L.H.Hu,Adv.Mater.2017,29,1604257.)；张等人利用碳化木构造Ni
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Fe
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Ce水滑石衍生的结构反应器，甲苯转化率达到98.％以上，稳定性表现优异(S.Q.Zhang,W.P.Hu,X.A.Xiang,H.Y.Xu,Z.F.Shen,Y.N.Liu,Q.N.Xia,Z.G.Ge,Y.G.Wang,X.Li,Fuel Processing Technology,2022,226,107077.)；同时许等人也利用溶胶凝胶法在碳化木微通道中生长了介孔镍
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二氧化硅纳米复合材料(Ni
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SiO2@C)，也在焦油重整催化反应中表现优异(H.Y.Xu,Z.F.Shen,S.Q.Zhang,G.Chen,H.Pan,Z.G.Ge,Z.Zheng,Y.Q.Wang,Y.G.Wang,X.Li,Journal of Colloid and Interface Science,2021,599,650
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660.)。碳化木的介孔孔道有利于Ni等催化活性组分纳米颗粒的高度分散，有效阻止Ni结焦。
[0003]但是，从经济性和资源性方面来看，碳化木的主要原料是来自于生长周期短的速生林，速生林木材是可循环再生的工程材料，利用我国丰富的速生林木材资源开发环境友好和可循环利用的木材，对于节能减排、建设资源节约型和环境友好型经济循环体系具有重大的社会意义。速生林木材所制造的碳化木的机械性能(强度和韧性)对于许多先进的工程结构和应用是不令人满意的。
[0004]因此，当前开发高强度碳化木迫在眉睫。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种高强度碳化木材料及其制备方法，利用化学处理从木材中部分去除木质素和半纤维素，使部分细胞壁坍塌，之后通过真空环境外压压缩使木材完全致密化，以制作出机械性能普遍提高的碳化木，提升环境友好型材料使用质量。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种高强度碳化木材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]a、将原木沿生长方向切割成圆柱形木块，并将木块放入鼓风箱烘干；
[0009]b、将经过步骤a烘干的木块，放入煮沸的NaOH与Na2SO3混合溶液中进行热处理，去除部分木质素和半纤维素，然后将木块用热去离子水反复洗涤，并用H2O2浸泡洗涤，彻底去除残留的NaOH与Na2SO3；
[0010]c、将步骤b处理后的木块放入真空干燥箱干燥，随后将干燥后的木块放入管式炉，在氮气气氛下进行高温碳化处理，即可得到高强度碳化木材料。
[0011]作为进一步的方案，步骤a中，所述圆柱形木块的长度为15mm，直径为10mm。
[0012]作为进一步的方案，步骤a中木块在鼓风干燥箱的温度为60～80℃，干燥时间为12～24h。
[0013]作为进一步的方案，步骤b中混合溶液中NaOH的浓度为2.5mol/L，Na2SO3的浓度为0.4mol/L，热处理时间为8～12h。
[0014]作为进一步的方案，步骤b中洗涤木料用的去离子水温度为80～100℃，洗涤次数为3～5次。
[0015]作为进一步的方案，步骤b中H2O2溶液的浓度为2.5mol/L，浸泡时间为12～16h。
[0016]作为进一步的方案，步骤c中真空干燥箱温度为50～60℃，干燥时间为12～24h，真空度为
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0.08～
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0.10MPa。
[0017]作为进一步的方案，步骤c中管式炉氮气气氛下的碳化温度为300
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800℃，时间为3～5h。
[0018]基于同一专利技术构思，本申请还提供一种采用上述的制备方法制得的高强度碳化木材料。
[0019]本专利技术的有益效果如下：
[0020]1、本申请提供的制备方法，将烘干的木块放入煮沸的NaOH与Na2SO3混合溶液中，利用化学处理从木材中部分去除木质素和半纤维素，使木材中的部分细胞壁坍塌，之后通过真空环境外压压缩高度排列的纤维素纳米纤维，使木材完全致密化，从而使制作出的碳化木机械性能普遍提高，以确保速生林所制得的碳化木机械强度，提升环境友好型材料使用质量，同时，本申请使用的化学试剂NaOH、Na2SO3和H2O2都是常用的化学试剂，成本低廉，易处理处置达到无污染，且本申请提供的制备方法，工艺简单，样品处理过程、步骤简单易操作，重复性高，易于进行大批量的工业化生产制造；
[0021]2、本申请提供的高强度碳化木材料，其机械性能高，可以更好地满足应用性能需求，应用前景广泛。
附图说明
[0022]图1为本申请的香樟木原木和经化学处理后的香樟木、以及300℃碳化后对应的碳化木与高强度碳化木照片，其中A1
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香樟木原木，A2
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香樟木原木碳化，B1
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处理后的香樟木，B2
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处理后的香樟木碳化；
[0023]图2为本申请的实施例1、实施例2和实施例3获得的高强度碳化木与对应的原木碳化木的强度对比图，其中，a1
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实施例1原木碳化木，a2
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实施例1高强度碳化木，b1
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实施例2原木碳化木，b2
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实施例2高强度碳化木，c1
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实施例3原木碳化木，c2
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实施例3高强度碳化木；
[0024]图3为本申请的实施例4、实施例5和实施例6获得的高强度碳化木与对应的原木碳化木的强度对比图，其中，d1
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实施例4原木碳化木，d2
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实施例4高强度碳化木，e1
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实施例5原木碳化木，e2
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实施例5高强度碳化木，f1
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实施例6原木碳化木，f2
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实施例6高强度碳化木。
具体实施方式
[0025]为了便于理解本专利技术，下面将通过实施例对本专利技术进行更全面的描述，以下给出了本专利技术的较佳实施例。但本专利技术可以以多种不同形式来实现，并不只限于本文所描述的实施例。凡是对本专利技术技术方案进行修改或同等替换，而没有创造性的成果所得到的的其他本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度碳化木材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、将原木沿生长方向切割成圆柱形木块，并将木块放入鼓风箱烘干；b、将经过步骤a烘干的木块，放入煮沸的NaOH与Na2SO3混合溶液中进行热处理，去除部分木质素和半纤维素，然后将木块用热去离子水反复洗涤，并用H2O2浸泡洗涤，彻底去除残留的NaOH与Na2SO3；c、将步骤b处理后的木块放入真空干燥箱干燥，随后将干燥后的木块放入管式炉，在氮气气氛下进行高温碳化处理，即可得到高强度碳化木材料。2.根据权利要求1所述高强度碳化木材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述圆柱形木块的长度为15mm，直径为10mm。3.根据权利要求1所述的高强度碳化木材料的制备方法，其特征在于，步骤a中木块在鼓风干燥箱的温度为60～80℃，干燥时间为12～24h。4.根据权利要求1所述的高强度碳化木材料的制备方法，其特征在于，步骤b中混合溶液中NaOH的浓度为2.5mol/L，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王燕刚，刘建侨，李溪，沈张锋，邹旭晖，张思倩，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：