本發(fā)明涉及化工生產(chǎn)、界面工程和環(huán)境工程的，具體而言，涉及一種木材海綿、石墨烯木材海綿及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、天然木材制備的木材海綿不僅孔隙率高、比表面積大、機(jī)械性能優(yōu)異，而且保留了生物相容性的特點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于油水分離、能源存儲(chǔ)、傳感器和穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。

2、在木材海綿的制備過程中，天然木材細(xì)胞壁中的木質(zhì)素與半纖維素因?yàn)橛绊懩静牡念伾?、光吸收特性和可塑性，成為最大的絆腳石?，F(xiàn)有技術(shù)中，多使用酸性氧化劑或堿性氧化劑對木材進(jìn)行加熱處理，以破壞木質(zhì)素中的β-o-4鍵，從而達(dá)到破壞木質(zhì)素的目的。在此過程中，木質(zhì)素的含量被消減至10％以下，木材直接轉(zhuǎn)化為生物基纖維素骨架。

3、但是，上述方法工藝繁復(fù)，溶劑的損耗量較大且會(huì)造成大量溶劑浪費(fèi)，還需要額外的熱源，所以時(shí)間成本與人力成本較高，排放的溶劑對環(huán)境也不夠友好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種木材海綿制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的木材海綿制備方法工藝繁復(fù)，溶劑的損耗量較大且會(huì)造成大量溶劑浪費(fèi)，還需要額外的熱源，所以時(shí)間成本與人力成本較高，排放的溶劑對環(huán)境也不夠友好的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提供的木材海綿制備方法，包括以下步驟：

3、使光催化劑原位自生長在木材的表面及孔隙中，獲得生長有光催化劑的木基材料；

4、使所述木基材料干燥；

5、在干燥后的所述木基材料的表面刷涂或滴加氧化劑，并照射光，使所述光催化劑在光照條件下催化所述氧化劑氧化分解所述木材中的木質(zhì)素、半纖維素以及發(fā)色基團(tuán)，獲得所述木材海綿。

6、進(jìn)一步地，所述光催化劑在光照條件下催化所述氧化劑氧化分解所述木材中的木質(zhì)素、半纖維素以及發(fā)色基團(tuán)的反應(yīng)溫度范圍為3℃～80℃，優(yōu)選為5℃～60℃。

7、進(jìn)一步地，所述使所述光催化劑原位自生長在所述木材的表面及孔隙中的方法，包括室溫?cái)嚢璺?、水熱合成法、真空浸漬法、微波合成法、綠色溶劑回流法、蒸汽輔助轉(zhuǎn)化法、機(jī)械合成法、流體化學(xué)法、機(jī)械化學(xué)合成法、逐層生長法、液相擴(kuò)散法和噴霧干燥法中的任一種，優(yōu)選為室溫?cái)嚢璺ɑ蛩疅岷铣煞ā?/p>

8、進(jìn)一步地，采用所述室溫?cái)嚢璺〞r(shí)，溫度為0℃～40℃，優(yōu)選為5℃～25℃；攪拌轉(zhuǎn)速為20rpm～200rpm，優(yōu)選為30rpm～50rpm。

9、進(jìn)一步地，所述光催化劑包括零維的碳量子點(diǎn)、一維的碳納米管和三維的碳化硅和六方氮化硼，過渡金屬氧化物二氧化錳和三氧化鎢，稀土金屬氧化物氧化鈰，金屬硫化物硫化銀、硫化鉍、硫化鎘和二硫化鉬，三元硫化物硫化銦鋅、硫化銦銅和硫化銦錫，金屬鹽鈦酸鍶、鐵酸鈣、ag6sio7、ag3po4和bi2wo6，有機(jī)半導(dǎo)體催化劑pdinh，金屬有機(jī)框架zif-8、zif-67、zif-l、zif-90、pcn-222、pcn-224、irmof-3、irmof-8、irmof-9、hkust-1、mof-199、cubtc、cu-tcpp、mof-5/irmof-1、mof-74、mof-808、mof-525、mil-53、mil-100、mil-101、mil-125、mil-88a、mil-88b、mil-68、nh2-mil-125、nh2-mil-88b、nh2-mil-53、uio-66、nh2-uio-66、uio-66-(oh)2、uio-66-cooh、uio-66-so3h、uio-67和uio-68中的至少一種，優(yōu)選為ag2s、zif-8、zif-67、zif-l、zif-9、zif-90、nh2-mil-125、mil-100中的至少一種。

10、進(jìn)一步地，所述光包括太陽光、模擬太陽光和紫外光中的至少一種，優(yōu)選為模擬太陽光；所述光照的時(shí)長為3min～2h，優(yōu)選為3min～20min。

11、進(jìn)一步地，所述木材包括樺木、胡桃木、櫻桃木、杉木、槐木、榆木、櫸木、巴沙木、楓木、橡木、白蠟?zāi)?、柚木、沉香木、黃楊木、楠木、香樟木、泡桐木、椴木、水曲柳中的至少一種，優(yōu)選為樺木、杉木、櫸木、巴沙木、橡木、椴木中的至少一種；

12、所述木材的含水率范圍為0.1％～30％，優(yōu)選為5％～8％。

13、進(jìn)一步地，所述氧化劑包括高錳酸鉀、過氧化氫、次氯酸鈉、氯酸鉀、重鉻酸鈉、鉻酸、硝酸、過硫酸銨、過硫酸鈉、過硼酸鈉、過硼酸鉀、過硫酸鉀、過硫酸氫鉀中的至少一種，優(yōu)選為過氧化氫、過硫酸鉀、過硫酸氫鉀中的至少一種，進(jìn)一步優(yōu)選為過氧化氫；

14、所述氧化劑的溶液濃度為0.1mol/l～10mol/l，過氧化氫的質(zhì)量濃度為1wt％～30wt％；所述氧化劑的溶液濃度優(yōu)選為0.25mol/l～1mol/l，過氧化氫的質(zhì)量濃度優(yōu)選為20wt％～30wt％。

15、進(jìn)一步地，使所述木基材料干燥的方法包括自然風(fēng)干、冷凍干燥、真空干燥以及臨界點(diǎn)干燥中的至少一種，優(yōu)選為自然風(fēng)干和冷凍干燥中的至少一種。

16、本發(fā)明提供的木材海綿制備方法，能夠產(chǎn)生以下有益效果：

17、本發(fā)明提供的木材海綿制備方法，將一種或多種光催化劑負(fù)載于或生長至木材的表面及孔隙中，使光催化劑在光照條件下能夠加速氧化劑對木材中的木質(zhì)素與半纖維素的氧化，以及對木質(zhì)素中的發(fā)色基團(tuán)的破壞，從而一步生成脫色木材海綿。具體地，光催化劑在光照和氧化劑存在條件下發(fā)生光催化-類芬頓反應(yīng)，即當(dāng)光照射木材上的光催化劑時(shí)，光催化劑上的電子會(huì)被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，而電子會(huì)催化氧化劑分解成羥基自由基、超氧自由基以及單線態(tài)氧等具有強(qiáng)氧化性的自由基，以過氧化氫作為氧化劑為例，當(dāng)生長在木材表面光催化劑接觸到光時(shí)，位于價(jià)帶上的電子會(huì)被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，并在價(jià)帶上留下具有強(qiáng)氧化性能的空穴，同時(shí)，躍遷至導(dǎo)帶上的電子會(huì)催化過氧化氫生成氧、過氧自由基等活性物質(zhì)，同時(shí)，氧接觸到電子也可能會(huì)讓其生成單線態(tài)氧、超氧自由基以及羥基自由基等活性物質(zhì)。上述活性物質(zhì)會(huì)劈裂木質(zhì)素中的c＝c雙鍵或氧化發(fā)色基團(tuán)中的甲氧酚，使其形成非共軛羧基或無色的脂肪酸，從而脫色，除此之外，光催化劑催化過氧化氫生成的而光催化劑則會(huì)加速過氧化氫的分解，并推動(dòng)木質(zhì)素中芳香環(huán)發(fā)生開環(huán)反應(yīng)形成小分子物質(zhì)。

18、即，本發(fā)明提供的制備方法，是一種使用光催化劑在光照條件下誘導(dǎo)/介導(dǎo)木材在原位、異相、相對溫和以及自生長的條件下一步生成脫色木材海綿的方法，其巧妙地利用了光催化劑的催化性能，使其在光照射下催化氧化劑形成多種具有強(qiáng)氧化性的自由基從而氧化分解木材中的木質(zhì)素、半纖維素及發(fā)色基團(tuán)，生成脫色的木材海綿，有利于實(shí)現(xiàn)木材海綿的大量、快速制備。而且，該制備方法工序簡單、反應(yīng)條件溫和、無需額外的化學(xué)藥劑投加，所以能夠大幅降低木材海綿在制備過程中所需的人力成本、藥劑投入成本、時(shí)間成本，并提升木材海綿在制備過程中的環(huán)境友好性。而隨著制備速度的提升、制備成本的降低以及環(huán)境友好性的提高，勢必能夠擴(kuò)大木材海綿的應(yīng)用領(lǐng)域及在各領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，例如，可以將木材海綿用于水中污染物的吸附去除、水中污染物的催化去除、可穿戴電子設(shè)備以及智能建筑構(gòu)造等。

19、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種木材海綿，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的木材海綿制備方法工藝繁復(fù)，溶劑的損耗量較大且會(huì)造成大量溶劑浪費(fèi)，還需要額外的熱源，所以時(shí)間成本與人力成本較高，排放的溶劑對環(huán)境也不夠友好的技術(shù)問題。

20、本發(fā)明提供的木材海綿，由上述的木材海綿制備方法制得，能夠快速、大量地獲得，且制備工藝簡單、反應(yīng)條件溫和、無需額外的化學(xué)藥劑投加，所以人力成本、藥劑投入成本、時(shí)間成本都比較低，但環(huán)境友好性好。該木材海綿能夠廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，例如，可以用于水中污染物的吸附去除、水中污染物的催化去除、可穿戴電子設(shè)備以及智能建筑構(gòu)造等。

21、本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供一種石墨烯木材海綿制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的木材海綿制備方法工藝繁復(fù)，溶劑的損耗量較大且會(huì)造成大量溶劑浪費(fèi)，還需要額外的熱源，所以時(shí)間成本與人力成本較高，排放的溶劑對環(huán)境也不夠友好的技術(shù)問題。

22、本發(fā)明提供的石墨烯木材海綿制備方法，將上述的木材海綿浸泡在氧化石墨烯中，還原氧化石墨烯后，制得所述石墨烯木材海綿。

23、本發(fā)明的第四個(gè)目的在于提供一種石墨烯木材海綿，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的木材海綿制備方法工藝繁復(fù)，溶劑的損耗量較大且會(huì)造成大量溶劑浪費(fèi)，還需要額外的熱源，所以時(shí)間成本與人力成本較高，排放的溶劑對環(huán)境也不夠友好的技術(shù)問題。

24、本發(fā)明提供的石墨烯木材海綿，由上述的石墨烯木材海綿制備方法制得。