一种高强度整体式碳化木及其制备方法

本发明涉及碳化木，特别是涉及一种高强度整体式碳化木及其制备方法。背景技术：1、地球上有着丰富的森林资源，木材是全球第五大贸易产品，广泛应用于人类生活的方方面面。通过将天然木材经过一步碳化即可获得碳化木材料，该材料制备过程简单，原料来源广泛，在实际工业、催化剂制备应用、材料科学研究上都很具吸引力。具体地，如将碳化木用于新兴的太阳能界面蒸发海水淡化，由于天然木材具有合适的孔道结构，经过碳化后可以制成优良传热性能的自发太阳能蒸发器，用于海水淡化，以解决全球水资源短缺问题；再如将碳化木应用于催化材料领域，以将催化剂活性组分生长在碳化木低弯曲度的孔道上制成高性能反应器，或者可以借助碳化木构造一种水滑石衍生的结构反应器；又如可以将碳化木应用于复合材料，通过将碳化木和其他介孔材料一同组成纳米复合材料，进行使用。2、天然木材本身具有优异的亲水性、低导热性和相互连通的多孔网络，再经过高温碳化后，更有利于太阳能蒸汽产生过程中的水分传输和光吸收，显示出更高的蒸发效率，是更加适用高效太阳能蒸汽应用的理想材料。从经济性和资源性方面看，建设资源节约型和环境友好型经济发展体系具有重要的社会意义。天然木材是环境友好和可循环利用的材料，所以对天然木材的开发和利用具有重要意义。同时我国具有丰富的速生林木材资源，其恰好是碳化木的主要原料。由此，碳化木的使用符合经济性和资源性。3、但目前碳化木材料仍存在着一些问题，如机械强度(强度和韧性)还未达到许多先进工程结构和应用的要求，所以高强度整体式碳化木的研究和开发是必要的、急需的。4、有鉴于此，本发明旨在提供一种高强度整体式碳化木及其制备方法，以更好地解决上述技术问题。技术实现思路1、为解决上述问题，本发明提供一种高强度整体式碳化木及其制备方法，其通过将一定尺寸整体式碳化木浸入蔗糖溶液，并通过真空浸渍法、光驱动沉积法、干燥和再次碳化，以获得高强度整体式碳化木，机械强度高，可更好地满足各类应用需求；同时，本发明所使用的原材料仅为蔗糖和各类木块，原料绿色环保，来源广泛，且制备工艺简单，操作可重复性高，可应用于大批量的工业化生产。2、本发明采用的技术方案是：3、一种高强度整体式碳化木的制备方法，包括以下步骤：4、a、将原木沿生长方向切割成木块，并将木块放入鼓风干燥箱烘干；5、b、将经过步骤a烘干的木块，放入管式炉内，n2气氛下碳化处理；6、c、将经过步骤b碳化处理的整体式碳化木浸渍在蔗糖溶液中，并置于真空干燥箱内，进行真空浸渍；7、d、将经过步骤c真空浸渍的整体式碳化木沿生长方向垂直置于蒸发装置中，加入蔗糖溶液，放置在氙灯光源下进行光驱动沉积；8、e、将经过步骤d光驱动沉积的整体式碳化木置于鼓风干燥箱烘干，随后将干燥后的整体式碳化木放入管式炉中，在n2气氛下再次碳化处理，即可得到高强度整体式碳化木材料。9、进一步地，步骤a中，木块在鼓风干燥箱的温度为60-70℃，干燥时间为18-24h。10、进一步地，步骤b中，管式炉n2气氛下的碳化温度为580-620℃，时间为3-4h。11、进一步地，步骤c中，蔗糖溶液的浓度为0.05-0.15g/ml。12、进一步地，步骤c中，真空干燥箱的真空度为-0.10mpa，真空浸渍次数为2-3次，每次8-12min。13、进一步地，步骤d中，光驱中沉积时整体式碳化木的表面温度为75-85℃，光驱动沉积时间为7.5-8.5h。14、进一步地，步骤e中，鼓风干燥箱的温度为60-70℃，干燥时间为18-24h；管式炉n2气氛下的碳化温度为580-620℃，时间为3-4h。15、进一步地，步骤a中，将原木沿生长方向切割成圆柱体形状的木块。16、进一步地，步骤a中，所述的原木为速生木。17、基于同一发明构思，本发明还提供一种使用上述的高强度整体式碳化木的制备方法制得的高强度整体式碳化木。18、本发明的有益效果如下：19、1、本发明提供的制备方法，其通过将一定尺寸整体式碳化木浸入蔗糖溶液，并通过真空浸渍法、光驱动沉积法、干燥和再次碳化，以获得高强度整体式碳化木，机械强度高。具体地，在制备过程中，通过整体式碳化木浸入蔗糖溶液，以及沿生长方向垂直置于蒸发装置，使得水通过整体式碳化木的孔道自下而上运输，水中所含的溶质就在运输过程中沉积在整体式碳化木孔道中。水汽蒸发在整体式碳化木表面持续进行，所以水也不断向上运输，溶质就不断地沉积在整体式碳化木孔道中，光驱动沉积的方法，相较于传统的真空浸渍法更加高效，由此，本发明通过光驱动沉积的方式，将蔗糖沉积在孔道内壁上，再通过高温碳化过程进一步提升整体式碳化木的机械强度；同时，本发明所使用的原材料仅为蔗糖和各类木块，原料绿色环保，来源广泛，且制备工艺简单，操作可重复性高，可应用于大批量的工业化生产；20、2、本发明提供的高强度整体式碳化木，机械强度高，可更好地满足各类应用需求。技术特征：1.一种高强度整体式碳化木的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的高强度整体式碳化木的制备方法，其特征在于，步骤a中，木块在鼓风干燥箱的温度为60-70℃，干燥时间为18-24h。3.根据权利要求1所述的高强度整体式碳化木的制备方法，其特征在于，步骤b中，管式炉n2气氛下的碳化温度为580-620℃，时间为3-4h。4.根据权利要求1所述的高强度整体式碳化木的制备方法，其特征在于，步骤c中，蔗糖溶液的浓度为0.05-0.15g/ml。5.根据权利要求1所述的高强度整体式碳化木的制备方法，其特征在于，步骤c中，真空干燥箱的真空度为-0.10mpa，真空浸渍次数为2-3次，每次8-12min。6.根据权利要求1所述的高强度整体式碳化木的制备方法，其特征在于，步骤d中，光驱中沉积时整体式碳化木的表面温度为75-85℃，光驱动沉积时间为7.5-8.5h。7.根据权利要求1所述的高强度整体式碳化木的制备方法，其特征在于，步骤e中，鼓风干燥箱的温度为60-70℃，干燥时间为18-24h；管式炉n2气氛下的碳化温度为580-620℃，时间为3-4h。8.根据权利要求1所述的高强度整体式碳化木的制备方法，其特征在于，步骤a中，将原木沿生长方向切割成圆柱体形状的木块。9.根据权利要求1所述的高强度整体式碳化木的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述的原木为速生木。10.一种根据权利要求1-9任一项所述的高强度整体式碳化木的制备方法制得的高强度整体式碳化木。技术总结本发明涉及碳化木技术领域，具体涉及一种高强度整体式碳化木及其制备方法。本发明提供的制备方法，在制备过程中，通过将整体式碳化木浸入蔗糖溶液，以及沿生长方向垂直置于蒸发装置，水汽蒸发在整体式碳化木表面持续进行，溶质不断地沉积在整体式碳化木孔道中，本发明的光驱动沉积的方法相较于传统的真空浸渍法更加高效，由此，本发明通过光驱动沉积的方式，将蔗糖沉积在孔道内壁上，再通过高温碳化过程进一步提升整体式碳化木的机械强度；同时，本发明所使用的原材料仅为蔗糖和各类木块，原料绿色环保，来源广泛，且制备工艺简单，操作可重复性高，满足大批量生产；本发明提供的高强度整体式碳化木，机械强度高，可更好地满足各类应用需求。技术研发人员：王燕刚,朱旭江,沈张锋,刘建侨,李欣,张思倩受保护的技术使用者：嘉兴学院技术研发日：技术公布日：2024/6/23