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《木質(zhì)納米環(huán)境凈化功能材料制備技術(shù)》以木質(zhì)資源的可持續(xù)發(fā)展和高值轉(zhuǎn)化新型功能性材料為主線，全面闡述了高值化利用木材的基礎(chǔ)理論與原理、主要方法以及制備木質(zhì)納米功能材料的關(guān)鍵技術(shù)與機(jī)制，注重與多學(xué)科領(lǐng)域涉及的前沿科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行交叉論述，其中以木質(zhì)基碳點(diǎn)和木材仿生催化劑在環(huán)境凈化方面的研究為特色。本書可供國(guó)內(nèi)高等院校相關(guān)專業(yè)的師生及科研院所木材科學(xué)與技術(shù)、化學(xué)工程、材料工程、環(huán)境科學(xué)與工程等領(lǐng)域的科研人員參考。

林業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分之一，具有與其他行業(yè)不同的特點(diǎn)與功能。隨著化學(xué)工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，林業(yè)工程的研究范疇也得到了擴(kuò)展，整體特點(diǎn)為多學(xué)科交叉、外延以及向新領(lǐng)域的滲透。木材是一種可再生的生物資源，木質(zhì)資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展極其重要，直接關(guān)系到我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)的各個(gè)方面。本書的特點(diǎn)就是林業(yè)工程與現(xiàn)代化工的完美融合和相互促進(jìn)，包括研究木質(zhì)資源的開發(fā)利用、木質(zhì)納米材料加工理論與技術(shù)等方面。
本書共7章，主要內(nèi)容包括三部分：一是木材納米技術(shù)的新應(yīng)用，涉及木材納米技術(shù)的概述、發(fā)展歷史及其在工業(yè)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，包括紙漿和紙、木質(zhì)納米復(fù)合材料、木質(zhì)納米涂料、木材納米防腐劑等的制備技術(shù)與應(yīng)用研究，尤其是在能源和傳感器等領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展；二是利用木質(zhì)成分制備功能材料的關(guān)鍵技術(shù)，首先對(duì)木材的化學(xué)成分進(jìn)行了較全面的介紹，接著闡述了木材的綠色高效預(yù)處理技術(shù)，包括微波輻射、超臨界流體、離子液體等方面，還涉及由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素衍生各種功能材料的關(guān)鍵技術(shù)和最新進(jìn)展，尤其是木質(zhì)基碳點(diǎn)研究，包括先進(jìn)的綠色化學(xué)制備技術(shù)、發(fā)光功能以及環(huán)境凈化功能的研究進(jìn)展，這部分是本書的特色和重點(diǎn)之一；三是木材仿生技術(shù)，涉及仿生材料設(shè)計(jì)的基本原則、木材的微納米結(jié)構(gòu)以及木材結(jié)構(gòu)的調(diào)控技術(shù)等，包括脫木素、自上而下組裝策略、致密化和填充等，還涉及木材仿生與智能響應(yīng)材料的制備技術(shù)、研究進(jìn)展和應(yīng)用前景等，包括多孔材料、復(fù)合材料和透明木材等新材料及其在信號(hào)和傳感、生物醫(yī)學(xué)、能源等領(lǐng)域的應(yīng)用研究，其中以木材模板技術(shù)為重點(diǎn)，包括納米氧化物材料在吸附、光催化制氫、能量?jī)?chǔ)存、藥物載體、傳感器等方面的應(yīng)用進(jìn)展，尤其是木材仿生催化劑的制備技術(shù)、木材模板技術(shù)對(duì)催化劑形貌、結(jié)構(gòu)、性能以及環(huán)境凈化功能的調(diào)控和機(jī)制研究，這部分也是本書的特色和重點(diǎn)之一。
本書的內(nèi)容經(jīng)過(guò)了幾年時(shí)間的積累，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金木材/g-C3N4多尺度遺態(tài)結(jié)構(gòu)的形式與光致凈化機(jī)制（編號(hào)：31971587）的資助。在編寫過(guò)程中得到了研究團(tuán)隊(duì)許多本科生和研究生的支持，包括全書的插圖繪制與書稿整理等工作，在此對(duì)團(tuán)隊(duì)成員的付出表示感謝！
由于經(jīng)驗(yàn)、學(xué)識(shí)和水平有限，書中不足之處懇請(qǐng)讀者和同行批評(píng)指正！

編著者
2022年3月1日

高杏，女，1989年生，博士。現(xiàn)為哈爾濱體育學(xué)院講師、碩士研究生導(dǎo)師。博士畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)，在讀期間從事木材科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的研究工作，目前研究?jī)?nèi)容主要包括生物質(zhì)復(fù)合材料的制備及其在體育中的應(yīng)用等方面。目前共發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇（其中SCI收錄20篇），申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)，授權(quán)實(shí)用新型專利5項(xiàng)。參與了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題研究任務(wù)等研究工作，現(xiàn)主持黑龍江省博士后基金、黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目的研究工作。郭明輝， 1964年生，博士。國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科帶頭人，現(xiàn)為東北林業(yè)大學(xué)二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師，中國(guó)林學(xué)會(huì)木材科學(xué)分會(huì)理事長(zhǎng)、中國(guó)木材標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員，國(guó)家和省級(jí)各類科研項(xiàng)目立項(xiàng)和評(píng)獎(jiǎng)項(xiàng)目的評(píng)審專家。一直從事木材科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域教學(xué)和科研工作，其研究?jī)?nèi)容主要包括木材碳學(xué)、生物質(zhì)復(fù)合功能材料以及木材表面改性等方面。2014年和2008年享受國(guó)務(wù)院和黑龍江省政府特殊津貼。2002年獲中國(guó)高�？萍歼M(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、第七屆中國(guó)林業(yè)青年科技獎(jiǎng)，2004年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2006年、2010年及2021年獲省部一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)各2項(xiàng)。2011年獲得黑龍江省教學(xué)名師稱號(hào)，2019年和2022年獲得黑龍江省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)和特等獎(jiǎng)，2021年獲得國(guó)家課程思政示范課程及教學(xué)名師，2015和2013年主持并主講木材學(xué)、木材與人類生活兩門課程的國(guó)家精品資源共享課程。先后發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇（被SCI收錄的學(xué)術(shù)論文有72篇），出版專著十余部。

1環(huán)境凈化1
1.1水污染凈化1
1.1.1染料廢水的危害及處理2
1.1.2光催化技術(shù)6
1.2大氣污染凈化12
1.2.1氮氧化物的危害及處理12
1.2.2選擇性還原脫硝技術(shù)15
參考文獻(xiàn)21

2循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的木材25
2.1木材工業(yè)化的環(huán)境問(wèn)題27
2.2木質(zhì)纖維素廢料作為能源和燃料的可持續(xù)原料28
2.2.1以生產(chǎn)2G生物乙醇為研究案例30
2.2.2以GVL的生產(chǎn)流程為研究案例32
2.3對(duì)木質(zhì)纖維素廢料的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境關(guān)注33
參考文獻(xiàn)34

3納米技術(shù)在木材中的新應(yīng)用37
3.1木材納米技術(shù)簡(jiǎn)介37
3.2紙漿和紙制備技術(shù)39
3.2.1納米纖維素39
3.2.2納米纖維素作為濕或干強(qiáng)度劑40
3.2.3從纖維素到納米纖維素41
3.2.4納米纖維素作為阻隔性能的涂層材料43
3.2.5納米材料作為改善性能的保留劑43
3.2.6納米填料用于增強(qiáng)性能43
3.2.7納米材料作為改善性能的施膠劑44
3.3木質(zhì)納米復(fù)合材料制備技術(shù)44
3.3.1納米纖維素作為增強(qiáng)材料46
3.3.2納米粒子用于增強(qiáng)人造板性能51
3.4木材納米涂料制備技術(shù)53
3.4.1納米添加劑用于提高耐久性53
3.4.2納米添加劑用于改善吸水率54
3.4.3納米添加劑用于改善機(jī)械性能55
3.4.4納米添加劑用于改善紫外吸收56
3.4.5納米添加劑用于改善阻燃性能57
3.5木材納米防腐劑制備技術(shù)57
3.5.1納米包裹用于增強(qiáng)殺菌力58
3.5.2金屬納米粒子浸漬用于耐久性增強(qiáng)59
3.6納米纖維素制備能源裝置61
3.6.1納米纖維素制備太陽(yáng)能材料62
3.6.2納米纖維素制備導(dǎo)電材料62
3.6.3納米纖維素制備儲(chǔ)能材料63
3.6.4納米纖維素基紙制備電子器件65
3.7納米纖維素基復(fù)合材料制備傳感器66
3.7.1生物傳感器68
3.7.2化學(xué)傳感器70
3.7.3電化學(xué)傳感器71
參考文獻(xiàn)72

4木質(zhì)成分衍生新型功能材料79
4.1木質(zhì)纖維素生物質(zhì)79
4.1.1纖維素組成與結(jié)構(gòu)80
4.1.2半纖維素組成與結(jié)構(gòu)81
4.1.3木質(zhì)素組成與結(jié)構(gòu)82
4.2木質(zhì)纖維素衍生功能材料83
4.3綠色高效的預(yù)處理技術(shù)85
4.3.1微波輻射85
4.3.2超臨界流體預(yù)處理87
4.3.3超聲波輻射89
4.3.4電場(chǎng)預(yù)處理91
4.3.5水力空化91
4.3.6離子液體預(yù)處理93
4.4木質(zhì)素衍生功能材料95
4.4.1碳基材料95
4.4.2吸附劑99
4.4.3染料分散劑100
4.4.4生物塑料101
4.4.5氣凝膠103
4.4.6生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用104
4.5纖維素衍生功能材料104
4.5.1纖維素基離子液體105
4.5.2功能性復(fù)合材料107
4.5.3吸附材料108
4.5.4碳材料109
4.6半纖維素衍生功能材料110
4.6.1生物醫(yī)學(xué)110
4.6.2藥物載體111
4.6.3薄膜112
參考文獻(xiàn)114

5木質(zhì)基碳點(diǎn)水污染凈化功能121
5.1碳點(diǎn)的概述121
5.2木質(zhì)基碳點(diǎn)制備技術(shù)123
5.2.1天然生物質(zhì)原料123
5.2.2生物質(zhì)基碳點(diǎn)制備技術(shù)124
5.2.3生物質(zhì)基碳點(diǎn)的形成機(jī)理128
5.2.4木質(zhì)基碳點(diǎn)研究現(xiàn)狀129
5.3木質(zhì)基碳點(diǎn)制備技術(shù)131
5.3.1傳統(tǒng)制備技術(shù)132
5.3.2先進(jìn)的綠色化學(xué)制備技術(shù)134
5.4木質(zhì)基碳點(diǎn)的發(fā)光功能136
5.4.1生物成像136
5.4.2生物傳感138
5.5木質(zhì)基碳點(diǎn)的環(huán)境凈化功能142
5.5.1碳點(diǎn)的光催化應(yīng)用143
5.5.2提高碳點(diǎn)光催化功能的調(diào)控技術(shù)144
5.5.3木質(zhì)基碳點(diǎn)復(fù)合材料水污染凈化功能147
5.5.4木質(zhì)基碳點(diǎn)異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料水污染凈化功能160
5.5.5木質(zhì)基碳點(diǎn)復(fù)合材料性能調(diào)控技術(shù)170
5.6綠色碳點(diǎn)的生產(chǎn)及應(yīng)用挑戰(zhàn)178
參考文獻(xiàn)180

6木材仿生與智能響應(yīng)材料制備技術(shù)187
6.1仿生材料設(shè)計(jì)的基本原則188
6.2木材的微納米結(jié)構(gòu)189
6.3木材結(jié)構(gòu)的調(diào)控技術(shù)191
6.3.1自上而下和自下而上調(diào)控方法191
6.3.2脫木素調(diào)控方法192
6.4木材多層次結(jié)構(gòu)的獨(dú)特功能194
6.4.1自上而下組裝策略198
6.4.2致密化200
6.4.3填充200
6.5木材結(jié)構(gòu)衍生新型功能材料201
6.5.1木材-聚合物復(fù)合材料201
6.5.2木材-礦物和木材-金屬混合物203
6.5.3透明木材205
6.5.4木材表面利用和功能化206
6.5.5多孔材料208
6.6木材結(jié)構(gòu)中離子傳輸行為211
6.6.1離子傳輸行為的基本概念212
6.6.2木材結(jié)構(gòu)中的離子傳輸行為212
6.6.3離子傳輸?shù)恼{(diào)控技術(shù)213
6.7仿生木材離子傳輸?shù)男屡d材料216
6.7.1木材水凝膠217
6.7.2信號(hào)和傳感設(shè)備220
6.7.3生物醫(yī)學(xué)設(shè)備223
6.7.4能源設(shè)備224
6.7.5水污染處理設(shè)備227
6.8木材結(jié)構(gòu)功能化應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)231
參考文獻(xiàn)234

7木材仿生材料環(huán)境凈化功能239
7.1模板法制備技術(shù)239
7.1.1無(wú)機(jī)模板法240
7.1.2有機(jī)模板法242
7.1.3生物模板法243
7.2木材模板制備技術(shù)247
7.2.1木材模板技術(shù)路線248
7.2.2木材模板技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)250
7.2.3木材模板技術(shù)的優(yōu)勢(shì)252
7.3模板技術(shù)制備納米氧化物功能材料252
7.3.1吸附劑253
7.3.2光催化制氫材料255
7.3.3能量?jī)?chǔ)存材料255
7.3.4藥物載體256
7.3.5傳感器257
7.3.6光催化材料257
7.4木材仿生催化劑環(huán)境凈化功能260
7.4.1木材仿生光催化劑水污染凈化功能264
7.4.2木材模板光催化劑的應(yīng)用前景及挑戰(zhàn)272
7.4.3木材仿生脫硝催化劑大氣污染凈化功能273
參考文獻(xiàn)290

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