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木材作为一种环保材料,易于加工,强重比高,耐冲击,纹理独特,具有调温、调湿等功能。但在使用过程中木材仍存在诸多缺陷:吸湿后引起尺寸变化、变形,污染物附着在材表使表面颜色,甚至表面化学结构发生改变。本论文的目的是利用溶胶凝胶方法在木材表面制备Fe3+(Zr4+)离子掺杂的硅钛复合膜,使改性后的木材表面具备疏水性与光催化性能,从而使木材达到自清洁功能,并研究该复合材料表面形貌、化学结构、晶型结构等参数和复合膜的光催化、耐老化、疏水等重要性能。利用扫描电子显微镜(SEM)测试表面形貌,利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)测试化学结构,X射线衍射仪(XRD)测定结晶结构,X射线光电子能谱(XPS)测定化学元素,比表面积分析仪(BET)测定孔隙结构,最后测定复合材料光催化性能、疏水性能、耐老化性能、硬度等。主要研究结果如下:(1)表面形貌:Fe3+与Zr4-以离子形态掺杂在复合膜中,复合膜仅负载在木材表面,厚度在80-120nm。复合膜在靠近木材内层至外层分别为SiO2、TiO2和 ZrO2。(2)化学结构:红外谱图中清晰可见Ti-O-Si键的振动峰,证实网状SiO2和TiO2发生交联反应。1028cm-1处吸收峰为Si-O-Zr与Si-O-Si吸收峰相互作用形成。(3)晶体结构:复合膜由无定型SiO2,锐钛矿晶型TiO2组成,干燥温度过低导致Fe3+(Zr4+)离子只能以离子价态掺杂,并未检测到结晶相。锐钛矿晶型TiO2的四方晶系中,c值随铁离子掺杂量上升而降低,且不沿垂直于衬底表面的c轴取向。(4)表面化学元素:复合膜中的Ti离子均为Ti4+的TiO2的形式存在,Si离子均以Si4+价态的SiO2形式存在,而掺杂的铁(锆)离子一部分与氧元素结合,以Fe2O3(ZrO2)的形式存在,其余以离子状态掺杂其中。(5)光催化性能:木材自身对甲基橙降解率为1.46%,负载纯硅钛复合膜后,降解率达到19.55%。随着两种离子掺杂量提升,光催化降解能力均呈现先上升后下降趋势,Fe3+掺杂量至1wt%时达到最大光催化降解率40.37%,Zr4+掺杂量为0.5wt%时复合膜的降解能力达到最大值59.2%。酸性条件有助于降解,碱性条件降解能力下降。(6)疏水性能:木材在溶胶中浸渍时间与木材表面接触角大小成正相关,而离子掺杂量对复合膜的润湿性能没有直接影响。(7)耐老化性能:木材在经紫外光照射后,AL为正值,表面颜色褪色,经离子掺杂的硅钛复合膜,使木材的亮度指数L*保持,延缓褪色程度。当Zr4+离子掺杂量为2.5wt%时,经过120h的光老化,木材的亮度指数L*保持的最好,耐老化性能最佳。(8)光催化动力学:负载不同反应时间、pH值、硅钛比例的木材复合膜对甲基橙溶液的光催化降解过程均符合一级反应动力学方程。实验制备的复合材料与前人单纯利用无机物对木材改良进行对比,在光催化性、耐老化性等性能方面均有一定的提升,在光催化性能方面提升可接近100%,故有望在今后木材利用和木材改性中提供一些思路借鉴。