木质材料VOCs智能微纳反应器仿生构筑及其诱捕消解机制

基本信息
批准号:31870552
项目类别:面上项目
资助金额:59.00
负责人:吴义强
学科分类:
依托单位:中南林业科技大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张新荔,熊福全,许瀚,刘贡钢,贾闪闪,田翠花,关鹏飞,陶旭
关键词:
仿生化诱捕消解智能微纳反应器功能效能木质材料VOCs
结项摘要

Wood materials inevitably release a large amount of volatile organic pollutants (VOCs) during their application, which seriously affects and threaten human settlement security. Removal of these VOCs from the source in a long-term and ordered manner has been considered as a promising method to tackle such problem. In the present proposal, biomimetic fabrication of intelligent micro/nano reactors on wood materials surface that can regulate the reactor conditions for the reactor interface in real time, was creatively proposed to resist the in situ release of interior VOCs from wood materials and degrade the external free VOCs. We would perform the investigation of surface modification of wood materials, compounding of reactant materials, biomimetic assembly process and their influence on the microstructure, wettability, catalytic activity of intelligent micro/nano reactors, as well as the interfacial properties between micro/nano reactor and wood materials. Also, we would analyze the effect of micro/nano reactor’s physicochemical properties and distribution, and envionmental factors on degradation of VOCs from different time and space. Simulation and establishment of an intelligent response system for micro/nano reactors to response dynamic environment via tune of physicochemical characteristics, would be conduct with the purpose to smart regulate the concentration of VOCs in catalytic interface. On this basis, we can establish trapping and removing mechanism of wood materials with VOCs. These researches have great theoretical and practical significance on improving the green and high quality application of wood resources, and on constructing a healthy and safe living environment for human.

木质材料使用过程中不可避免地释放大量挥发性有机污染物(VOCs),严重影响和威胁着人居环境安全,从源头上长效、有序消解这些VOC是解决问题的关键。本项目拟采用仿生组装技术在木质材料表面/表面微通道构筑智能催化微纳反应器,实时调控催化表面反应环境,原位阻滞降解、诱导富集转化木质材料内部释放与外部游离VOCs。研究木质材料表面修饰、催化体系复配及组装工艺优化对智能微纳反应器形貌结构、润湿特性、催化活性及其与木质材料界面性能的影响关系,解析微纳反应器物化性质、分布特性与环境因子对不同时空VOCs的降解规律,模拟并建立微型反应器物化结构对动态环境的智能响应系统,引导调控催化界面VOCs富集浓度,构建木质材料VOCs诱捕消解机制。这些研究对提高木质资源绿色高质利用,营造健康安全人居环境具有重要的理论指导与实际意义。

项目摘要

构筑具有高效降解挥发性有机污染物(VOCs)功能的木质智能微纳反应器,是解决木质材料使用过程中易释放VOCs危害人居环境安全等问题的重要途径。项目通过选择性脱木质素等手段调控了木材的孔隙结构和比表面积,实现了对木材构造的疏通与扩容。利用酸化处理、化学改性等技术,调控了木质材料和纳米催化材料的表面官能团和润湿性,探明了表面羟基数量和亲疏水性等因素对催化材料在木材表面的分散、组装和结合的影响。利用仿生可控组装、气相辅助迁移等策略,构建了甲醛响应木质微纳反应器、木质甲醛降解微纳反应器和光催化涂层增强木质微纳反应器等系列木质智能微纳反应器。探究了活性物质种类、化学元素掺杂和组装方式等因素与木质智能微纳反应器VOCs催化降解性能之间的构效关系,解析了木质微纳反应器的界面增强机制。模拟分析和阐明了木质微纳反应器的组装过程和构建机理。探明了木质微纳反应器对不同动态环境因子(光源、甲醛浓度等)的智能响应方式和响应机制。揭示了润湿性、表面活性等因素对吸附-催化界面电子结构、界面强度等的影响。阐明了木质智能微纳反应器对VOCs的阻释、诱捕机理以及协同催化机制,获得了木质智能微纳反应器的性能调控方法与机理,实现了VOCs的稳定、长效和有序消解。.在Chemical Engineering Journal(IF=16.744)、《木材科学与技术》等学术期刊发表论文10篇,其中第一标注论文7篇(SCI收录论文5篇;影响因子15以上的一区论文3篇),另有2篇论文已撰写完成并待投稿。出版学术专著1部。申请国家发明专利5件,其中已授权专利1件。获湖南省科学技术创新团队奖、湖南省光召科技奖(湖南省最高综合性科技奖)等省部级奖励2项。累计参加学术会议23人次,项目负责人在国际/国内学术会议上作报告6次(特邀报告4次)。项目负责人2021年当选中国工程院院士,项目成员入选国家林业和草原局科技创新青年拔尖人才、湖南省科技创新领军人才、湖南省湖湘青年英才等人才计划4人次。项目成员晋升教授1人、副教授3人。培养博士研究生1人,培养硕士研究生5人(已毕业3人)。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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