CN114849666B - 一种多功能木材衍生复合材料的制备方法及其产品和应用 - Google Patents
一种多功能木材衍生复合材料的制备方法及其产品和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114849666B CN114849666B CN202210482678.2A CN202210482678A CN114849666B CN 114849666 B CN114849666 B CN 114849666B CN 202210482678 A CN202210482678 A CN 202210482678A CN 114849666 B CN114849666 B CN 114849666B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wood
- solution
- composite material
- zif
- natural wood
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 107
- 239000002023 wood Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 24
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 21
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 21
- LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1h-imidazole Chemical compound CC1=NC=CN1 LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 9
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 7
- 102000020897 Formins Human genes 0.000 claims description 5
- 108091022623 Formins Proteins 0.000 claims description 5
- QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 241000219071 Malvaceae Species 0.000 claims description 4
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 14
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 64
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 45
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 40
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 33
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 26
- IQFVPQOLBLOTPF-HKXUKFGYSA-L congo red Chemical compound [Na+].[Na+].C1=CC=CC2=C(N)C(/N=N/C3=CC=C(C=C3)C3=CC=C(C=C3)/N=N/C3=C(C4=CC=CC=C4C(=C3)S([O-])(=O)=O)N)=CC(S([O-])(=O)=O)=C21 IQFVPQOLBLOTPF-HKXUKFGYSA-L 0.000 description 25
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 19
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 11
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 7
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 4
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 240000002980 Tilia americana Species 0.000 description 2
- 235000006014 Tilia americana Nutrition 0.000 description 2
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002522 Wood fibre Polymers 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 239000000979 synthetic dye Substances 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000002025 wood fiber Substances 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 206010028400 Mutagenic effect Diseases 0.000 description 1
- XQQSWXUDAPLMKD-UHFFFAOYSA-N N,N-dimethylheptadecan-1-amine hydrobromide Chemical compound Br.CCCCCCCCCCCCCCCCCN(C)C XQQSWXUDAPLMKD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 241001422033 Thestylus Species 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 238000004847 absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000540 analysis of variance Methods 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 231100000693 bioaccumulation Toxicity 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 231100000243 mutagenic effect Toxicity 0.000 description 1
- 230000003505 mutagenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 238000000696 nitrogen adsorption--desorption isotherm Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 231100000590 oncogenic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002246 oncogenic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001543 one-way ANOVA Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- -1 printing Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000001044 red dye Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000010421 standard material Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
- B01J20/223—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material containing metals, e.g. organo-metallic compounds, coordination complexes
- B01J20/226—Coordination polymers, e.g. metal-organic frameworks [MOF], zeolitic imidazolate frameworks [ZIF]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/285—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic sorbents
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/162—Selection of materials
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
- H05K9/0073—Shielding materials
- H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多功能木材衍生复合材料的制备方法及其产品和应用，由以下步骤组成，天然木材预处理，ZIF‑67@wood的制备，Co/C@WC复合材料的制备，本发明Co/C@WC复合材料作为电磁干扰屏蔽、隔音、隔热以及可再生有机污染水处理材料。
Description
技术领域
本发明属于木材衍生材料技术领域，具体涉及一种多功能木材衍生复合材料的制备方法及其产品和应用。
背景技术
随着电子和电气设备的广泛使用滋生了电磁(EM)污染问题，电磁辐射不仅会对其他电子设备造成耦合和干扰；它还对人类健康构成严重威胁，并构成疾病风险，电磁干扰(EMI)屏蔽材料可以通过反射、吸收和多重内反射三种机制有效避免电磁污染，目前，EMI屏蔽材料主要包括金属基材料、碳材料和多孔导电聚合物复合材料，传统的金属基电磁屏蔽材料由于密度高、加工困难和腐蚀等，应用有限，此外，微孔导电聚合物等不可再生材料由于其内部的多孔结构，可以反射和吸收电磁波，表现出令人满意的EMI性能。然而，多孔聚合物或聚合物泡沫复合材料通常存在热稳定性差、制造工艺复杂、成本高等缺点。因此，它们不能满足现代社会可持续发展的要求。因此，开发轻质、可再生、经济的电磁屏蔽材料是一个理想的研究目标。
水生生态系统中存在的合成染料是当今世界面临的一个重要环境问题。染料广泛存在于纺织、印刷、皮革和制药行业的工业废水中。染料在水中的存在会影响水中植物的光合作用，因为它们的芳香化合物会阻挡阳光并减少溶解的氧气。此外，合成染料，特别是阳离子和阴离子染料，可以通过食物链中的生物积累进入人体，刺激消化道和皮肤，并有致癌和致突变作用。其中，MB和CR是工业中使用最广泛的染料。因此，染料废水的处理一直是一个重要的环境问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
本发明提供一种多功能木材衍生复合材料的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成，
天然木材预处理：将天然木材用氢氧化钠浸泡，然后用水浸泡，真空干燥；
ZIF-67@wood的制备：用硝酸钴六水合物、溴化十六烷基三甲胺和水配制成溶液A，溶液A中，钴元素质量百分含量为0.05～0.2％，将2-甲基咪唑溶解于水中制成溶液B，将预处理后的所述天然木材先用溶液A真空浸渍，再将B溶液倒入A溶液中继续浸泡，洗涤、真空下干燥，得到ZIF-67@wood；
Co/C@WC复合材料的制备：将ZIF-67@wood在管式炉中N2气氛下升温至800～1000℃后碳化1h，得到所述Co/C@WC复合材料。
作为本发明所述的多功能木材衍生复合材料的制备方法的一种优选方案：所述天然木材预处理，为将天然木材用15～20％NaOH浸泡1h，然后用去离子水浸泡2h，最后在100℃下真空干燥2h。
作为本发明所述的多功能木材衍生复合材料的制备方法的一种优选方案：所述溶液A中，钴元素质量百分含量为0.1％。
作为本发明所述的多功能木材衍生复合材料的制备方法的一种优选方案：所述用硝酸钴六水合物、溴化十六烷基三甲胺和水配制成溶液A，为用0.58gCo(NO3)2·6H2O、0.05g溴化十六烷基三甲胺和50mL去离子水配制成溶液A。
作为本发明所述的多功能木材衍生复合材料的制备方法的一种优选方案：所述将2-甲基咪唑溶解于水中制成溶液B，为将4.5g 2-甲基咪唑溶于140mL去离子水。
作为本发明所述的多功能木材衍生复合材料的制备方法的一种优选方案：所述将预处理后的所述天然木材先用溶液A真空浸渍，再加入溶液B继续浸泡，为将预处理后的所述天然木材先用溶液A真空浸渍2h，再加入溶液B继续浸泡12h。
作为本发明所述的多功能木材衍生复合材料的制备方法的一种优选方案：所述洗涤、真空下干燥，为用去离子水洗涤3次，在100℃真空下干燥2h。
作为本发明所述的多功能木材衍生复合材料的制备方法的一种优选方案：所述升温，为以5℃min-1的速率升温。
作为本发明另一个方面，本发明提供所述的制备方法得到的多功能木材衍生复合材料作为电磁干扰屏蔽、隔音、隔热以及可再生有机污染水处理材料的应用。
本发明的有益效果：本发明Co/C@WC复合材料中，木材丰富的多维通道有利于染料溶液的快速通过，并促进Co纳米颗粒与染料的充分接触。Co/C@WC复合材料对有机染料具有超高的吸附能力。Co/C@WC复合材料过滤器具有很好的可重复使用性，被吸附的染料可以通过简单的燃烧来去除。这种可再生的、低成本的、易于组装的过滤器有可能取代商业活性炭，并广泛用于实际的废水处理。碳化木材的多孔碳骨架形成了自支撑的集成三维导电网络结构，而Co/C核壳型磁性纳米颗粒均匀、牢固地嵌入在碳骨架中，增强了介电和磁损耗能力。Co/C@WC复合材料还表现出良好的隔音和隔热性能，这赋予Co/C@WC复合材料在特殊位置和极端条件下的健康和设备安全，同时防止信息泄漏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为Co/C@WC复合材料的制备过程图。
图2为SEM图像。
图3为透射电子显微镜图像。
图4为材料表征。
图5为EMISE值。
图6为EMI屏蔽效率。
图7为Co/C@WC复合材料的复合介电常数、复磁导率、介电损耗和磁损耗。
图8为Co/C@WC复合材料的电磁波耗散机理。
图9为电磁屏蔽性能测试。
图10为隔热性能测试。
图11为力学性能测试。
图12为隔音性能。
图13为蓝牙信号在屏蔽之前和之后的电场和磁场值。
图14为吸附能力测试。
图15为WC/Co-1000过滤器对有机染料的去除作用。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1：
材料和化学品：
将初始含水量为8～12％的椴木(Tilia americana)沿横截面切成尺寸为30×30×6mm的立方体。Sigma-Aldrich购买硝酸钴六水合物(Co(NO3)2·6H2O，98％)、2-甲基咪唑(2-MeIm，C6H6N2，97％)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB，C19H42BrN，99％)。国药集团化学试剂有限公司购买刚果红(CR)和亚甲基蓝(MB)。所有的水溶液都是用去离子水。考虑到水处理的实际应用，染料溶液的pH值约为7，而处理后的溶液的pH值在6.5-7.5之间
制备方法：
ZIF-67@wood的制造：将天然椴木木材用15％w/v(g:mL)NaOH浸泡1小时，然后用去离子水浸泡2小时，最后在100℃下真空干燥2小时。用0.58gCo(NO3)2·6H2O、0.05g CTAB(溴化十六烷基三甲胺)和50mL去离子水配制成溶液A，溶液B用4.5g 2-MeIm(2-甲基咪唑)和140mL去离子水配制。预处理过的木材用A溶液真空浸渍2小时，再将B溶液倒入A溶液中继续浸泡12小时，得到紫色样品。最后，紫色样品用去离子水洗涤3次，在100℃真空下干燥2小时，得到ZIF-67@wood复合材料。
WC-Co复合材料(或称Co/C@WC复合材料)、Co/NPC-1000和WC-1000的制造：WC-Co复合材料(WC/Co-600、WC/Co-800和WC/Co-1000)是通过将ZIF-67@wood复合材料在管式炉中N2气氛下以5℃min-1的升温速率分别升温到600℃、800℃、1000℃后碳化1小时后制备的。Co/NPC-1000和WC-1000是通过在管式炉中以5℃min-1的加热速率在1000℃、N2气氛下将ZIF-67和天然木材分别碳化1小时而制备的。
图1为Co/C@WC复合材料的制备过程和功能原理图。
研究例：
制备WC/Co-1000-1：
ZIF-67@wood的制造：将天然椴木木材用15％w/v(g:mL)NaOH浸泡1小时，然后用去离子水浸泡2小时，最后在100℃下真空干燥2小时。用0.58gCo(NO3)2·6H2O、0.05g CTAB(溴化十六烷基三甲胺)和100mL去离子水配制成溶液A，溶液B用4.5g 2-MeIm(2-甲基咪唑)和280mL去离子水配制。预处理过的木材用A溶液真空浸渍2小时，再将B溶液倒入A溶液中继续浸泡12小时，得到紫色样品。最后，紫色样品用去离子水洗涤3次，在100℃真空下干燥2小时，得到ZIF-67@wood复合材料，将ZIF-67@wood复合材料在管式炉中N2气氛下以5℃min-1的升温速率升温至1000℃后碳化1小时，得到WC/Co-1000-1。
制备WC/Co-1000-3：
ZIF-67@wood的制造：将天然椴木木材用15％w/v(g:mL)NaOH浸泡1小时，然后用去离子水浸泡2小时，最后在100℃下真空干燥2小时。用0.58gCo(NO3)2·6H2O、0.05g CTAB(溴化十六烷基三甲胺)和25mL去离子水配制成溶液A，溶液B用4.5g 2-MeIm(2-甲基咪唑)和70mL去离子水配制。预处理过的木材用A溶液真空浸渍2小时，再将B溶液倒入A溶液中继续浸泡12小时，得到紫色样品。最后，紫色样品用去离子水洗涤3次，在100℃真空下干燥2小时，得到ZIF-67@wood复合材料，将ZIF-67@wood复合材料在管式炉中N2气氛下以5℃min-1的升温速率升温至1000℃后碳化1小时，得到WC/Co-1000-1。
将实施例1制得的所述WC/Co-1000记为WC/Co-1000-2，后续实施例如无特别说明均采用实施例1制备的WC/Co-1000。
实施例2：
材料表征：
木材首先用氢氧化钠水溶液进行预处理。加入2-MeIm溶液后，ZIF-67晶体从Co的活性位点原位生长在木管的内墙上。因此，木材和ZIF-67晶体通过化学键紧密结合，形成稳定的ZIF-67@wood复合材料(图2a)。然后对ZIF-67@木材样品在不同温度下依次进行热解，得到黑色Co/C@WC多孔木碳复合材料。同时，退火后的木材保持了3D整体木材结构。图2b中的SEM图像为ZIF-67@wood内部的木材截面结构(图2b)。图2c中ZIF-67@wood的元素映射图像显示了ZIF-67纳米颗粒在容器表面的均匀分布，如对元素C、O、N、Co在整个整体木材结构中的均匀检测所显示。图2c中ZIF-67@wood的元素映射图显示，元素C、O、N、Co(Co只有ZIF-67中有)在整个木材结构中均匀存在，表明ZIF-67纳米颗粒在木材细胞壁表面均匀分布。在SEM图中。见图2d-2f，进一步放大木材纤维表面，发现立方ZIF-67纳米晶体在管的内壁上的均匀生长。经过碳化后，Co/C@WC仍然保持了木材明显的分层多孔结构，如容器和凹坑等切片的解剖图所示(2g–2i,2g'–2i')。如图所示。2j-2l时，Co/C@WC复合材料进一步放大后，细胞壁表面出现大量裂纹，随着碳化温度的升高，细胞壁表面逐渐变得粗糙、起皱，形成大量的纳米颗粒。在碳化过程中，木纤维逐渐分解，Co/C@WC复合材料内壁产生大量裂隙和孔隙，高温碳化后负载在木细胞壁表面的晶体结构分解，也导致Co/C@WC复合材料出现裂纹。
图2：(a)天然木材、ZIF-67@wood和Co/C@WC复合材料的横截面(垂直于木材纹理)和切向截面(平行于木材的长轴)的图像；(b-f)ZIF-67@wood的SEM和EDS图像；Co/C@WC复合材料的SEM图像和Co(紫色)映射：(g、g’、j)WC/Co-600、(h、h’、k)WC/Co-800和(i、i’、l)WC/Co-1000。
利用透射电镜图像研究了Co/C@WC复合材料的结构。结果表明，样品WC/Co-600中形成了微小的纳米颗粒(图3a)，进一步放大后观察到晶格条纹(0.22nm)(图3b)，在碳化过程中，高温导致ZIF-67结构分解形成Co3O4，而碳骨架进一步催化了Co的还原Co3+/2+到Co0。元素当碳化温度达到800℃，1000℃时，大量的球形核壳结构出现在WC/Co-800和WC/Co-1000(图3c)，和两个晶格条纹(0.22和0.35nm)观察(图3d)分别归因于(1 1 1)晶体平面和(0 02)晶体平面，这一发现表明，碳化木材被石墨化并包裹金属Co晶体，这可能是由金属Co的催化石墨化产生的。图3：a和b：WC/Co-600，c和d：WC/Co-800，e和f：WC/Co-1000的透射电子显微镜图像。
通过XRD进一步验证了ZIF-67@wood和Co/C@WC复合材料的晶体结构(图4a)，结果表明ZIF-67@wood复合材料的XRD图与ZIF-67和木材的标准图一致。在2θ为7.2°、10.3°、12.6°、16.4°和17.9°时的衍射对应于ZIF-67晶体的(1 1 0)、(2 0 0)、(2 1 1)、(3 1 0)和(2 2 2)平面。同样，在17°、22.5°和35°的2θ处的衍射对应于木材的(1 0 1)、(0 0 2)和(04 0)平面。碳化后，Co/C@WC复合材料在44.2°、51.6°和76.0°处由金属Co(标准材料编号15-0806)的(1 1 1)、(2 0 0)和(2 2 0)平面形成强衍射峰。Co/C@WC复合材料在约24°处的宽衍射峰归因于石墨碳的(0 0 2)平面。从光谱图中可以看出，随着碳化温度的升高，Co碳和石墨碳的衍射峰变得更加尖锐，说明金属Co碳和石墨碳的纯度逐渐提高。
利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)获得的信息，进一步分析了ZIF-67@wood和Co/C@WC复合材料的化学成分。ZIF-67@wood的FT-IR数据与ZIF-67和wood的光谱结果一致。峰值分别为2904、1616、1307和1035cm-1在ZIF-67@wood中，与ZIF-67晶体的化学结构(分别为C-H、C＝O、C-N和C-O基团)一致。碳化后，Co/C@WC复合材料中ZIF-67的特征峰在800℃以上明显减弱和消失，这与1000℃碳化后的木材光谱一致。在拉曼光谱中，D带约为1340cm-1对应于缺陷/无序碳(图4b)。G波段约为1590cm-1二维波段约为2560cm-1对应于sp2的典型峰杂化石墨碳。利用D峰强度与G峰强度(ID/IG)的比值，分析了石墨碳材料的缺陷和结晶度。天然木材的内部纤维素网络是完整的，几乎没有D键。随着碳化温度的升高，ID/IG比值从1.13下降到0.91，说明碳化温度的升高是木材石墨化的原因。
采用热重法(TG)数据对材料的热稳定性进行了分析。ZIF-67@wood的减重曲线与原木材基本一致(图4c)。在230℃附近的第一个减重斜率是由ZIF-67晶体骨架的坍塌引起的，这与图中ZIF-67的减重斜率相一致。Co/C@WC复合材料的热稳定性随着碳化温度的升高而增加，表明碳骨架的石墨化程度越高，Co/C@WC复合材料的热稳定性就越高。而ZIF-67@wood中的含氧基团基本被去除。Co/C@WC复合材料优异的热稳定性保证了其在极端高温环境下的功能应用。
图4：(a)XRD光谱，(b)Raman光谱，(c)TG曲线，(d)C1s的高分辨率XPS光谱，(e)ZIF-67@wood在不同温度下碳化前后的Co 2p；(f)磁滞回路，(g)电导率，(h)N2吸附-解吸等温线，(i)WC/Co-600、WC/Co-800和WC/Co-1000的孔径分布。
采用XPS方法分析了ZIF-67@wood和Co/C@WC复合材料的化学组成和效价。如图4d和4e所示，高分辨率Co谱由Co0，Co3+/2+和卫星峰拟合。Co 2p3/2的峰值为780.4eV该区域属于氧化物Co3+/2+，在778.6eV时的主峰归因于Co 2p3/2，它来自于Co的零价态。剩余峰的峰值为785.7eV，对应于卫星峰。当碳化温度达到1000℃时，零价钴金属的峰值显著增加，说明在1000℃时，钴基本作为元素金属的钴Co0存在，在高溶液C1s谱中，碳的主要成分可以反褶积成三个峰，即C-C/C＝C(284.6eV)、C-O-C(285.8eV)和O-C＝O(288.7eV)。随着碳化温度的升高，C-O-C和O-C＝O的峰逐渐减弱，C-C/C＝C的峰进一步增强，表明大部分碳物种属于sp2共轭碳骨架。这一结果与拉曼光谱得到的结果一致。ZIF-67@wood和Co/C@WC复合材料均始终含有C和Co元素，从而提高了电磁屏蔽特性的基础。
碳化后，Co/C@WC复合材料可以用磁铁提升，每个部分都表现出良好的磁性。为了进一步评价Co/C@WC复合材料的磁性，我们分析了样品在不同碳化温度下的磁滞回线。图4f：Co/C@WC样品表现出良好的铁磁性能。WC/Co-600、WC/Co-800和WC/Co-1000的饱和磁化强度(Ms)分别为52.37、162.81emug-1，和351.34emug-1，Co/C@WC复合材料的Ms随着退火温度的升高而增加，这与Co纳米颗粒在高温下的结晶度强度和存在形式有关。因此，Co赋予Co/C@WC复合材料超顺磁化性能，并产生磁损耗来耗散电磁波。进一步评价了ZIF-67负载对Co/C@WC复合材料磁性的影响。WC/Co-1000-1、WC/Co-1000-2、WC/Co-1000-3的磁性随着ZIF-67负载的增加而逐渐增加。磁性金属Co来自ZIF-67；因此，ZIF-67的负载决定了金属Co的负载；ZIF-67的负载越大，WC/Co-1000复合材料的磁性越强。WC/Co-1000复合材料中的Co含量总结在表1中。
表1 WC/Co-1000复合材料与不同的Co含量及其电导率
电导率被广泛认为是电磁屏蔽的一个重要参数。随着碳化温度的升高，Co/C@WC复合材料的电导率明显提高(图4g)。具有分层多孔结构和丰富的一维一维纤维链的天然木材被归类为绝缘体。这种木材碳化后的天然连续碳结构促进了电子的快速传递。WC/Co-600表现出较差的导电率(4.82×10-3S m-1)，这是由于低碳化作用。然而，随着碳化温度的进一步升高，WC/Co-800的电导率提高到128.5S m-1，WC/Co-1000的含量显著增加至3247S m-1。通过碳化处理，可以有效地提高天然木材的导电性。此外，木材内外表面的金属Co可以催化木材高温碳化下的石墨化，进一步提高木材的导电性。为了进一步分析Co含量对Co/C@WC复合材料电导率的影响，我们测试了WC/Co-1000-1、WC/Co-1000-2和WC/Co-1000-3的电导率(表1)。与WC/Co-1000-1相比，WC/Co-1000-2的电导率有了显著提高。Co金属在碳化过程中催化木材的石墨化，提高了木材的导电性。然而，随着Co含量的进一步增加，WC/Co-1000-3的电导率略有降低。原因可能是碳化过程中多余的Co凝聚形成大颗粒，影响了样品的电导率。
采用吸附和解吸试验分析了Co/C@WC复合材料的孔隙分布。图4h：WC/Co-600属于S型等温曲线，是大孔吸附剂的典型吸附过程。这种观察结果主要是由于木材具有特殊的大孔结构，如容器和凹坑。在图4i的孔径分布图中可以看到存在直径约为1nm的微孔，证明了ZIF-67纳米颗粒的不完全分解。WC/Co-800和WC/Co-1000样品均为型等温线，表明随着碳化温度的升高，碳化的ZIF-67@wood中逐渐有介孔形成。同时，孔径分布也观察到5～20nm。其原因是随着碳化温度的升高，ZIF-67骨架完全坍塌和分解。碳化木材的C原子进一步将Co还原为Co0然后凝聚形成Co/C纳米球。这一过程在木材表面产生了大量的微小裂缝，这与扫描电镜的观察结果是一致的。这些Co/C纳米颗粒形成活性位点，有助于在电磁传播和磁损失过程中的衰减。
实施例3：
电磁屏蔽性能：
图5：(a和b)EMISET；(c和d)吸收效果的比较(SEA)，反射效果(SER)和总屏蔽效率(SET)，在Co/C@WC复合材料的横截面和切向截面的8.2-12.4GHz处。天然木材ZIF-67@wood、WC/Co-600、WC/Co-800和WC/Co-1000复合材料在8.2GHz～12.4GHz(x波段)频率下的EMI屏蔽性能如图5所示。所有样品在测试前均将其裁剪到22.86mm×10.16mm×1.5mm，以适应波导尺寸。平均SET天然木材和ZIF-67@wood的值分别为0.13和2.57dB。没有达到商业应用所需的EMI屏蔽效果(20dB)。WC/Co-600、WC/Co-800和WC/Co-1000的横截面平均SET值分别为18.1、26.3和34.3dB(图5a)。同样地，弦切面的平均值SETCo/C@WC复合材料的数值呈显著的上升趋势。WC/Co-600和WC/Co-800的平均SET值分别为21.3dB和28.6dB。值得注意的是，WC/Co-1000在8.2～12.4GHz(图5b)时的平均SET值为41.2dB，这主要是由于随着碳化温度的升高，Co/C@WC复合材料的电导率和磁性增强所致。图中的比较。图5a和图5b表示总SET不同温度下的Co/C@WC复合材料的弦切面值均高于横截面值。显然，定向叠加导电路径具有多个界面，有利于通过多个反射耗散入射的电磁波。
反射效率(SER)和吸收效率(SEA)的Co/C@WC复合材料的横截面和切向截面如图所示，图5c和图5d。这些值是用测量的s参数计算出来的。两个SEA和SER随着碳化温度的升高而显著增加。SER的增强是由于电导率的进一步提高，而SEA可能是由于介电损耗和磁损耗的增加。在横截面上，WC/Co-600、WC/Co-800和WC/Co-1000的SEA值分别为9.6、17.4和22.9dB，这些值明显高于SER。在弦切面中，SEA和SER Co/C@WC复合材料相对于横截面有了明显的改善。此外，总SET厚度为1.5mm的WC/Co-1000的屏蔽效率达到99.99％，足以屏蔽大部分电磁波(图6a)。根据散射参数计算了反射系数(R)、吸收系数(A)和透射系数(T)的平均值，Co/C@WC复合材料的T值为超低，接近于0，表明入射电磁波可以有效屏蔽。值得注意的是，在相同厚度下的所有Co/C@WC复合材料中，R始终高于A，说明反射是主要的屏蔽机制。
上述结果充分证明了多孔含磁性Co纳米颗粒的多孔碳通道，可以改善空气与材料的阻抗匹配，使电磁波在Co/C@WC复合材料中传播。我们还讨论了在相同厚度(1.5mm)的复合材料中，WC/Co-1000复合材料中的Co含量对电磁屏蔽的影响。如图所示。WC/Co-1000-2的EMISET值明显高于WC/Co-1000-1，说明磁性Co含量的增加可以有效地提高电磁屏蔽性能。然而，随着Co含量的进一步增加，WC/Co-1000-3的EMISET值显著降低。原因可能是大质量磁性纳米颗粒的加入影响了WC/Co-1000的相对电导率，这与WC/Co-1000-3的电导率一致(表1)，从而影响了EMI屏蔽性能。
图6：(a)Co/C@WC复合材料在截面和切切面上的EMI屏蔽效率；(b)归一化WC/Co-1000的EMISET/厚度的值和其他已报道的木材衍生材料在8.2-12.4GHz的x波段频率范围内的对比图；(c)WC-1000,WC/Co-1000-1，WC/Co-1000-2和WC/Co-1000-3的EMISET值。
如图6b所示，所有材料归一化后，归一化后的SE/厚度达到28,8dBmm-1当厚度为1mm时，与其他木材衍生材料相比具有良好的优势。此外，轻质质量是电磁干扰屏蔽材料的基本要求。WC/Co-600、WC/Co-800和WC/Co-1000的密度分别为0.579、0.557和0.517g cm-3，各自地随着碳化温度的升高，Co/C@WC复合材料的密度逐渐明显降低，这可能是碳化导致热解木材减重的原因。为了进一步评价屏蔽性能SSE/t(dBcm2g-1)，应检查EMI屏蔽材料的三个重要因素(EMISE、密度和厚度)。WC/Co-1000的SSE/t达到557.1dBcm2g-1在8-12GHz的x波段频率范围内，表现出相对较高的性能。
图7显示了X波段的复合物介电常数(ε'，ε”)和复合物渗透率(μ'，μ”)。如图7a和图7b所示，随着热解温度的升高，在8.2-12.4GHz的频率范围内，复物介电常数(ε′,ε″)明显增强。因此，Co/C@WC复合材料的电导率随着碳化温度的增加而增加(图4g)，导致了复介电常数的增加。图7d显示了与频率相关的实际渗透率(μ')，在8.2-12.4GHz时，μ’的值在0.9-1.5的范围内。同样，Co/C@WC复合材料的虚磁导率(μ”)随频率的增加出现明显的波动(图7e)。这种磁能储存能力的差异可能是由于它们的含量和Co纳米颗粒的结晶度的不同所致。
电磁衰减损耗一般包括介电损耗和磁损耗。介电损耗切线(tanδε＝ε”/ε')和磁损耗切线(tanδμ＝μ”/μ')被广泛用于评估电磁衰减损失。如图7c所示，WC/Co-1000复合材料的tanδε值最高，表明其介电损耗和有效能量转换能力显著。介电损失主要是由微波频率范围内的导电损失和偏振弛豫引起的。随着热解温度的升高，Co/C@WC复合材料的电导电率提高，进一步造成导电损失(图7b)。由于钴纳米颗粒与非晶碳之间存在多个界面，因此Co/C@WC复合材料中存在界面极化和偶极子极化。因此，导电损耗、界面极化和偶极子极化是影响Co/C@WC复合材料介电损耗性能的主要机制。此外，WC/Co-1000也具有最高的棕褐色δμ值。磁损耗可分为交换共振、自然共振和涡流。在8.2～12.4GHz时，tanδε一般大于tanδμ(图7f)，说明介电损耗是Co/C@WC复合材料的主要电磁衰减损失机制。
Co/C@WC复合材料的电磁波耗散机理如图8所示。值得注意的是，介电损耗和磁损耗是两个重要的电磁波衰减机制。介电损耗主要来自于微波频率范围内的导电损耗和偏振弛豫。随着碳化温度的升高，Co/C@WC复合材料的石墨化程度也有所提高，电导率显著提高。三维Co/C@WC复合材料的导电木碳骨架中含有大量的自由电子，可以产生电磁场诱导的电流，进一步增加导电损耗。通过CIF-67原位生长制备的磁性Co/C@WC复合材料可以引起足够的磁损失，有效衰减电磁波碳化后，Co/C@WC复合材料产生许多裂隙和孔隙，形成不连续的界面，并在电磁波内部传播时引起多个内部反射。同时，由于介电常数的差异，金属Co原子与碳骨架导电层之间的界面也积累了电荷，导致某些电磁波的界面极化。碳化木材进一步保留了一个独特的分层多孔结构。电磁波进入孔隙通道，引发各种类型的散射，导致电磁波在材料内的耗散和吸收。
电磁屏蔽演示：为了评估厚度为1.5mm的WC/Co-1000的电磁干扰屏蔽效率，我们进行了电话通信测试。如图9所示。通信与带孔的铁盖连接，与WC/Co-1000的铁盖断开，表明WC/Co-1000提供了令人满意的EMI屏蔽。EMI屏蔽材料(WC/Co-1000)也结合了轻质和自支撑的品质。为了演示EMI屏蔽材料的实际应用，我们进一步组装了一个便携式EM屏蔽存储盒(EMI-M1000)。并通过仿真实验探索了该盒子(EMI-M1000)的商业用途。
在现实生活中，小型会议对于有效地进行讨论和执行工作至关重要。一些特别会议涉及机密的业务、军事和其他信息，在这种情况下，需要屏蔽电子设备的信号，以防止信息泄露。然而，一般的屏蔽仪器往往通过信号干扰对周围电子设备的信号产生屏蔽效果。这种屏蔽效应覆盖范围广，面积大；它还可能影响在会议期间使用的设备。另外，当电磁信号被屏蔽时，信息也可以通过记录泄露，造成重大的商业和军事损失；这种数据泄露的可能性很容易被忽略。因此，这种传统的屏蔽装置不适合在小型会议中实际使用。电磁屏蔽盒子(EMI-M1000)具有令人满意的电磁信号屏蔽效果，可组装成不同尺寸的盒子。这个盒子(EMI-M1000)重量轻，易于携带，非常适合小型会议。该盒子(EMI-M1000)可以用于屏蔽特定物品的信号，如小型手机、手表和蓝牙耳机等，与传统的屏蔽设备相比具有明显的优势。盒子屏蔽手机蓝牙耳机信号的过程如图9所示。蓝牙耳机被放置在盒子里。当盒子关闭时，检测到信号，否则，连接失败。同时，利用电磁辐射探测器检测屏蔽前后的电场和磁场信号。当蓝牙耳机放在盒子内，封盖关闭时，周围电、磁场型号基本为0μT和0vm-1，进一步证实了盒子(EMI-M1000)良好的电磁屏蔽性能。
考虑到WC/Co-1000材料(EMI-M1000)的多孔结构，我们还测量了盒子的隔音性能。如图9所示，当记录笔放入盒子时，盒子打开时可检测到声波信号；当盒子关闭时，记录笔无法检测到声波信号)，说明盒子(EMI-M1000)具有一定的隔声效果。我们进一步测试了WC/Co-1000的传输损耗和吸声系数。WC/Co-1000的传输损耗随着频率的增加而增加，在6000Hz时达到40dB，表明WC/Co-1000复合材料具有良好的隔声性能。此外，WC/Co-1000的最大吸声系数达到0.63，表明WC/Co-1000复合材料可以有效地吸收部分声波，同时也能反射部分声波回。综上所述，这种便携式盒子(EMI-M1000)具有电磁屏蔽效果和良好的隔音效果。EMI-M1000结合其自支撑和轻质的品质，可以实现小型设备指定的信号屏蔽，还可以防止记录造成的信息泄漏，非常适合于特定的目的，如保持会议的保密性。EMI-M1000在商业和军事领域也有潜在的应用前景。
图12为隔音性能：(a)传输损失和(b)WC/Co-1000的吸声系数。
图13为蓝牙信号在屏蔽之前和之后的电场和磁场值。
隔热性能测试：如图10所示，优良的隔热性能是EMI屏蔽材料适用于极端环境。天然木材用酒精灯的外部火焰加热5秒，导致严重燃烧。20秒后，木材持续燃烧，体积缩小。同样，我们把棉花放在木材上，20秒后，棉花完全烧掉了，这表明天然木材不能提供绝缘和阻燃性。相比之下，Co/C@WC复合材料在酒精灯的火焰中持续加热300秒后，保持了其原始的形式，没有任何燃烧痕迹。此外，Co/C@WC复合材料上方的棉花在120s后保持了原来的形状，没有明显的燃烧，表明该材料具有优越的隔热性。这些结果表明，Co/C@WC复合材料作为电磁干扰屏蔽材料在高温烧蚀环境中是有效的。
力学性能测试：图11：(a)横截面和切向截面示意图，(b)自然木材和ZIF-67@wood和Co/C@WC复合材料在横截面和切线段的压缩应力-应变曲线。进一步分析了天然木材ZIF-67@wood和Co/C@WC复合材料在横断面和切向截面上的力学性能，压缩应力-应变曲线如图11所示。与天然木材相比，ZIF-67@wood的抗压强度与切向面相似，表明ZIF-67晶体的原位生长不影响木材的机械性能。WC/Co-1000的最大压应力在横截面上都达到了9.3MPa，WC/Co-1000复合材料在切向段的最大强度为4.8MPa，WC/Co-1000复合材料比传统的碳基多孔材料仍然具有力学优势。
实施例4：
水处理性能：
通过将不同浓度的有机染料水性刚果红(CR)或亚甲基蓝(MB)溶液(10mL)与样品(10mg)在25℃，直到建立平衡，研究有机染料的最大吸附能力。然后在黑暗中于25℃搅拌悬浮液，用紫外-可见吸收光谱法测定溶液。在λ＝497nm和λ＝664nm处分别测量CR和MB的吸光度，并根据图表中的标准曲线计算相应水溶液的浓度。通过从染料溶液的初始浓度中减去最终溶液的浓度来计算吸附在样品上的染料量。根据质量平衡方程计算每单位重量的样品所吸附的染料量，Qe(mg g-1)。
Qe＝(C0-Ce)·V·m-1
样品对有机染料的去除率计算如下：
去除率％＝100(C0-Ce)/C0
其中Co(mg L-1)是液相中的初始染料浓度，Ce(mg L-1)是平衡时的液相染料浓度，V(L)是所用的染料溶液的体积，m(g)是所用的吸附剂的质量。
图14a和图14b显示了活性炭、Co/NPC-1000、WC/Co-600和WC/Co-1000的吸附能力。活性炭、Co/NPC-1000、WC/Co-600和WC/Co-1000吸附CR的饱和值分别为255.25mg g-1、611.25mg g-1、415.80mg g-1和1117.03mg g-1。活性炭、Co/NPC-1000、WC/Co-600和WC/Co-1000吸附MB的饱和值分别为295.50mg g-1、473.01mg g-1、424.33mg g-1和805.08mg g-1。显然，WC/Co-1000对有机染料的吸附能力远远高于WC/Co-600和活性炭，说明WC/Co-1000对有机染料具有超高的吸附能力。
图14：(a和b)染料浓度对WC/Co-600、WC/Co-1000、Co/NPC-1000和商业活性炭吸附能力的影响，(n＝3个独立实验，数据以平均值±s.d.表示)。(c)WC/Co-1000和其他生物吸附剂之间的染料(CR和MB)吸附能力的比较。(d和e)WC/Co-600、WC/Co-1000、Co/NPC-1000和商业活性炭的吸附能力与时间有关。(d')最初的CR溶液、与WC/Co-1000混合后的溶液以及去除CR染料后的溶液的照片。(f)WC-1000和WC/Co-1000的接触角随时间变化的示意图，(n＝2个独立实验，数据以平均值±s.d.表示)。(g)磁力驱动的Co/C-1000过滤器对CR染料的吸附过程的照片。如图14c所示，我们将WC/Co-1000的染料吸附能力与其他生物吸附剂进行了比较。显然，目前WC/Co-1000对CR和MB的吸附能力(1117.03和805.08mg g-1)是最高的，说明WC/Co-1000材料具有突出的染料吸附性能。
我们进一步用紫外-可见吸收测量法评估了活性炭、Co/NPC-1000、WC/Co-600和WC/Co-1000对染料的去除效率。图14d和14e分别显示了CR溶液(20mg L-1)吸附1分钟后和MB溶液(20mg L-1)吸附10分钟后的紫外-可见光谱。使用活性炭和WC/Co-600吸附1分钟后，CR溶液的吸光度略有下降。令人惊讶的是，用WC/Co-1000吸附CR溶液1分钟后，在λ＝664nm处的紫外吸收消失了，这表明CR染料已经被完全吸收了。如图14d'所示，粉末状的WC/Co-1000样品可以很好地分散在染料溶液中并迅速吸附染料分子。此外，磁性WC/Co-1000可以被快速收集起来，供实际使用。同样地，使用活性炭和WC/Co-600吸附10分钟后，MB溶液的吸光度略有下降。用WC/Co-1000吸附MB溶液10分钟后，紫外线吸收在λ＝497纳米处消失，表明MB染料已被完全吸收。
水的润湿性对用于水处理的材料非常重要。为了测试WC/Co-1000的亲水性，我们用水滴来测试WC/Co-1000的亲水性并与WC-1000进行比较。如图14f所示，当水滴刚刚接触WC/Co-1000样品时，它们呈现104°的大接触角，5s后仍有93°的大接触角。可以看出，WC-1000(1000℃的碳化木)呈现出疏水性，不利于水的渗透和通过。然而，当水滴接触到WC/Co-1000样品的表面时，接触角只有36°，并迅速变为0°，说明WC/Co-1000具有超强亲水性。这种优良的润湿性对于在水系统中运行的过滤器来说是至关重要的，同时也保证了快速流过。为了进一步测试自支撑块状WC/Co-1000样品的吸附性能，我们将WC/Co-1000切割成一个直径为18mm、厚度为4mm的过滤器。考虑到强磁性，将WC/Co-1000过滤器浸入CR溶液(20mL)中，用棉线拉动，然后放在磁力搅拌器上。可以观察到，过滤器在磁力的作用下旋转。60秒后，染料被完全吸附，溶液变得清澈(图14g)。
图15：(a)WC/Co-1000对不同浓度的CR和MB的去除效率(n＝3个独立实验，数据以平均值±s.d.表示)。(b)基于WC/Co-1000过滤器的CR溶液的动态吸附装置的照片。(c)不同流量下WC/Co-1000对CR溶液(50、100和200mg L-1)的去除效率(n＝3个独立实验，数据以平均值±s.d.表示；**P＝0.002246，单向方差分析(ANOVA))。(d)与其他木质过滤器相比，WC/Co-1000过滤器在其最佳流速下可以过滤的最大染料浓度示意图。(e)WC/Co-1000过滤器的循环方法演示。(f)连续再生周期的去除效率，以及未使用的过滤器和循环使用20次的WC/Co-1000的照片(n＝3个独立实验，数据以平均值±s.d.表示)。
WC/Co-1000过滤器在重力作用下对高浓度的有机染料具有惊人的去除效率。当有机染料的浓度增加到1200mg L-1时，过滤器的去除效率仍为99.9％(图15a)。此外，还评估了WC/Co-1000过滤器对有机染料的动态吸附。为了进一步提高滤膜处理有机染料的效率，我们设计了一个污水处理的实际应用场景。如图15c所示，WC/Co-1000过滤器被置于硅胶管中，通过转换头与蠕动泵的出水口相连。进水管被放在CR溶液中，出水管被放在一个干净的烧杯中。在蠕动泵提供的动力帮助下，左边的红色染料溶液通过WC/Co-1000过滤器，右边的透明水溶液流出来。整个过程形成一个循环的污水净化过程。
我们选择CR溶液(50mg L-1、100mg L-1和200mg L-1)进行动态吸附实验(图15b和图15c)。当通量达到1.0×104L m-2h-1时，50mg L-1的CR溶液的去除效率高达99.98％，100mgL-1的CR溶液的去除效率也高达99.28％。随着染料溶液浓度的进一步增加，去除效率开始下降。当通量为1.0×104L m-2h-1时，200mg L-1的CR溶液的去除效率仍在90％以上。上述数据进一步反映了WC/Co-1000过滤器的快速吸附作用。此外，我们用三片WC/Co-1000过滤器和一个提取瓶组装的吸滤器成功过滤了300mg L-1的高浓度染料溶液。众所周知，在高通量下过滤高浓度的染料是过滤膜材料的发展目标。因此，我们将WC/Co-1000过滤器与已经报道过的木质过滤器/膜进行了比较。如图15d所示，WC/Co-1000过滤器在最佳流速下的最大染料浓度远远高于其他木质过滤器/膜，如3D活化木、Gnp浸渍木、Ag木、生物反应器、纳米粘土、UiO-66/木、木质过滤器、Pd NPs/木，显示出极高的染料过滤性能。
水处理材料的可重复使用性是影响其实际应用的关键因素。由于WC/Co-1000具有良好的热稳定性，我们用高温喷火器煅烧过滤器，几秒钟后，WC/Co-1000过滤器吸收的染料就完全分解了(图15e)。因此，WC/Co-1000过滤器可以通过简单的燃烧方法进行回收。即使经过20次再生，WC/Co-1000过滤器对有机染料的去除率仍然超过99％(图15f)，表明该过滤器具有良好的可重复使用性，将具有良好的工业应用潜力。此外，与新的WC/Co-1000过滤器相比，使用20次的WC/Co-1000过滤器的形态没有变化，质量损失低于0.1wt％。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种多功能木材衍生复合材料作为电磁干扰屏蔽材料以及有机染料水处理材料的应用，其特征在于：所述多功能木材衍生复合材料的制备方法步骤如下，
天然木材预处理：将天然木材用氢氧化钠浸泡，然后用水浸泡，真空干燥；
ZIF-67@wood的制备：用硝酸钴六水合物、十六烷基三甲基溴化铵和水配制成溶液A，将2-甲基咪唑溶解于水中制成溶液B，将预处理后的所述天然木材先用溶液A真空浸渍，再将B溶液倒入A溶液中继续浸泡，洗涤、真空下干燥，得到ZIF-67@wood；
Co/C@WC复合材料的制备：将ZIF-67@wood在管式炉中N2气氛下升温至1000℃后碳化1h，得到所述Co/C@WC复合材料；
所述用硝酸钴六水合物、十六烷基三甲基溴化铵和水配制成溶液A，为用0.58 g Co（NO3）2·6H2O、0.05 g十六烷基三甲基溴化铵和50 mL去离子水配制成溶液A；
所述将2-甲基咪唑溶解于水中制成溶液B，为将4.5 g 2-甲基咪唑溶于140 mL去离子水；
所述升温为以5℃ min-1的速率升温；所述天然木材为椴木。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述天然木材预处理，为将天然木材用15~20% NaOH浸泡1h，然后用去离子水浸泡2 h，最后在100℃下真空干燥2 h。
3. 根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述将预处理后的所述天然木材先用溶液A真空浸渍，再将B溶液倒入A溶液中继续浸泡，为将预处理后的所述天然木材先用溶液A真空浸渍2 h，再将B溶液倒入A溶液中继续浸泡12 h。
4. 根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述洗涤、真空下干燥，为用去离子水洗涤3次，在100℃真空下干燥2 h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210482678.2A CN114849666B (zh) | 2022-05-05 | 2022-05-05 | 一种多功能木材衍生复合材料的制备方法及其产品和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210482678.2A CN114849666B (zh) | 2022-05-05 | 2022-05-05 | 一种多功能木材衍生复合材料的制备方法及其产品和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114849666A CN114849666A (zh) | 2022-08-05 |
| CN114849666B true CN114849666B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=82635383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210482678.2A Active CN114849666B (zh) | 2022-05-05 | 2022-05-05 | 一种多功能木材衍生复合材料的制备方法及其产品和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114849666B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110090621A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-06 | 南京林业大学 | 一种金属有机骨架衍生多孔碳材料及其制备方法与应用 |
| CN111068622A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-28 | 葛洲坝中固科技股份有限公司 | 一种多孔吸附材料及其制备方法 |
| CN111453715A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-07-28 | 四川大学 | 一种超轻高效电磁屏蔽复合材料及其制备方法 |
| CN113148975A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-23 | 北京林业大学 | 一种氮自掺杂多孔碳电极的制备方法 |
| KR20210110976A (ko) * | 2020-03-02 | 2021-09-10 | 성균관대학교산학협력단 | 전자파 차폐 소재 및 이의 제조 방법 |
-
2022
- 2022-05-05 CN CN202210482678.2A patent/CN114849666B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110090621A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-06 | 南京林业大学 | 一种金属有机骨架衍生多孔碳材料及其制备方法与应用 |
| CN111068622A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-28 | 葛洲坝中固科技股份有限公司 | 一种多孔吸附材料及其制备方法 |
| KR20210110976A (ko) * | 2020-03-02 | 2021-09-10 | 성균관대학교산학협력단 | 전자파 차폐 소재 및 이의 제조 방법 |
| CN111453715A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-07-28 | 四川大学 | 一种超轻高效电磁屏蔽复合材料及其制备方法 |
| CN113148975A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-23 | 北京林业大学 | 一种氮自掺杂多孔碳电极的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 杨丽等.《景观材料及应用》.上海：上海交通大学出版社,2013,79. * |
| 陈卉丽等.《家具与陈设设计》.南昌：江西美术出版社,2015,第33页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114849666A (zh) | 2022-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Di et al. | Wheat flour-derived nanoporous carbon@ ZnFe2O4 hierarchical composite as an outstanding microwave absorber | |
| Yang et al. | Dramatically enhanced electromagnetic wave absorption of hierarchical CNT/Co/C fiber derived from cotton and metal-organic-framework | |
| Zhou et al. | Synthesis of porous carbon embedded with NiCo/CoNiO2 hybrids composites for excellent electromagnetic wave absorption performance | |
| Liao et al. | Highly cuboid-shaped heterobimetallic metal–organic frameworks derived from porous Co/ZnO/C microrods with improved electromagnetic wave absorption capabilities | |
| Li et al. | Highly effective electromagnetic wave absorbing prismatic Co/C nanocomposites derived from cubic metal-organic framework | |
| Cui et al. | Environmentally friendly bark-derived Co-Doped porous carbon composites for microwave absorption | |
| Dong et al. | Implanting NiCo2O4 equalizer with designable nanostructures in agaric aerogel-derived composites for efficient multiband electromagnetic wave absorption | |
| Lou et al. | Used dye adsorbent derived N-doped magnetic carbon foam with enhanced electromagnetic wave absorption performance | |
| Huang et al. | Porous, magnetic carbon derived from bamboo for microwave absorption | |
| CN112251193A (zh) | 一种基于MXene与金属有机框架的复合吸波材料及其制备方法和应用 | |
| Jia et al. | Fe3O4/α-Fe decorated porous carbon-based composites with adjustable electromagnetic wave absorption: impedance matching and loading rate | |
| Yang et al. | Electromagnetic wave absorbing properties of coconut shell-derived nanocomposite | |
| Li et al. | Highly efficient electromagnetic wave absorption Fe-MOF-rGO based composites with enhanced flame retardancy | |
| Fan et al. | Two‐Dimensional C/MoS2‐Functionalized Ti3C2Tx Nanosheets for Achieving Strong Electromagnetic Wave Absorption | |
| Wang et al. | Nitrogen-doped magnetic-dielectric-carbon aerogel for high-efficiency electromagnetic wave absorption | |
| Yan et al. | Pore-regulation in 2D biochar-based flakes towards wideband microwave absorption | |
| Hou et al. | Sodium chloride assisted synthesis of porous magnetic carbon nanocomposites containing cobalt nanoparticles for high-performance electromagnetic wave-absorption | |
| Jin et al. | NiCo@ NPC@ CF nanocomposites derived from NiCo-MOF/cotton for high-performance electromagnetic wave absorption | |
| Ranjkesh et al. | Facile synthesis of novel porous nickel/carbon fibers obtained from cigarette butts for high-frequency microwave absorption | |
| Yang et al. | Transforming in-situ grown chitosan/ZIF-67 aerogels into 3D N-doped Co/CoO/carbon composites for improved electromagnetic wave absorption | |
| Dong et al. | Electromagnetic attenuation distribution in a three-dimensional amorphous carbon matrix with highly dispersed Fe/Fe3C@ graphite-C nanoparticles | |
| Zhang et al. | Hierarchical porous carbon derived from green cyclodextrin metal‐organic framework and its application in microwave absorption | |
| Qu et al. | Cobalt phthalocyanine-derived Co–C@ C porous composites for tunable electromagnetic absorption | |
| Ma et al. | Tailored design of p-phenylenediamine functionalized graphene decorated with cobalt ferrite for microwave absorption | |
| Wang et al. | Enhanced electromagnetic wave absorption using bimetallic MOFs-derived TiO2/Co/C heterostructures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |