东北林业大学王成毓AdSu：具有阻燃抑烟性能的木质基“空气净化器”
1、研究背景
随着世界经济的快速发展，人们的生活水平逐渐提高，但是地球环境问题日益严重，空气质量逐渐恶化。研究表明，人们80%的时间是在室内度过的，所以改善室内空气质量变得尤为重要。空气负氧离子(NOIs)是带负电荷的单个气体分子和氢离子团的总称，被广泛用于室内空气净化，包括除尘，氧化挥发性有机化合物和颗粒沉降等。木材由于其具有可再生性、美观等诸多优势，而被广泛用于家具建造行业，但是其具有易燃性，这极大的限制了它的应用。目前科研人员在降低木材可燃性方面已经进行了广泛的研究，但方法往往对环境产生不利影响。因此，探索新型环境友好的木质基阻燃空气净化材料具有重要的科学研究意义和实际应用价值。
2、文章概述
近日，东北林业大学王成毓教授研究团队提出了一种新型的有机-无机配位体系，利用真空浸渍法制备了一种阻燃抑烟的木质“空气净化器”。该“空气净化器”由电气石颗粒/KH550和脱除部分组分的木材(TPs/KH550/RLHW)组成。添加的TPs使最终的复合材料可释放超过1000 psc/cm3负氧离子(NOIs)。与原始木材(PW)相比，该木质“空气净化器”的总热释放(THR)、峰值热释放热率(HRR)和产烟率(SPR)分别降低了11.73%、47.88%和82.81%，结果表明该复合材料具有良好的阻燃抑烟性能。通过生命周期评价(LCA)与其他木质基阻燃材料进行了比较，结果表明该复合材料在15个分类中环境的影响最小。这种绿色环保的木质“空气净化器”具有阻燃抑烟的特性，在家具和建筑中具有很大的应用潜力。
3、图文导读
图1 木质基“空气净化器”的制备工艺示意图。
图2 木质基“空气净化器”的效果图。
图3 (a, b) PW, RLHW和TPs/KH550/RLHW锥形量热的HRR和THR图。(c-e) PW, RLHW和TPs/KH550/RLHW锥形量热试验结束后的残留物。
图4 (a-d) PW, (e-h) RLHW和 (i-l) TPs/KH550/RLHW的点火阻燃实验。(m) TPs/KH550/RLHW与其他材料在THR、pkHHR、SPR、TSR和热稳定性方面的比较。(n) NOIs释放实验示意图和 (o) NOIs释放结果。
图5 (a)三种阻燃路线对15类LCA环境指标的影响。(b)三种阻燃路线的LCA敏感度分析。
4、结论：
在本研究中，该团队利用KH550使得TPs与木材更好的相结合，通过一步真空浸渍法制备了具有耐火和抑烟性能的新型木质“空气净化器”。木材组分的部分去除增加了木材的比表面积，且使得TPs在复合材料内部可以均匀分布。热重分析表明，TPs/KH550/RLHW复合材料具有良好的热稳定性。无机颗粒的加入促进了燃烧过程中残炭的形成，颗粒强化了木材的保护炭层，降低了燃烧动力学和产烟率。与原始木材相比，该复合材料的THR、HRR和SPR分别降低11.73%、47.88%和82.81%。NOIs释放量达到1000 psc/cm3，可以实现空气净化的。LCA分析表明，相比于其他阻燃方法，该制备方法对环境的影响更小。综上所述，该研究成果对于探索新型环境友好的木质基阻燃空气净化复合材料具有一定的参考和借鉴意义。
论文信息：
Wooden “Air Purifiers” with Fire-Retardancy and Smoke Suppression Properties
Xiaohan Sun, Qianqian Yu, Zhaolin Yang, Senwei Hu, Haiyue Yang, Xin Wang, Jiazuo Zhou, Yuan Yu, Chengyu Wang*, Yudong Li*
Advanced Sustainable Systems
DOI: 10.1002/adsu.202200346
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Advanced Sustainable
Systems
期刊简介
Advanced Sustainable Systems于2017年创刊，是Wiley出版社旗下Advanced系列新姐妹刊，旨在为实现联合国可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）的前沿研究成果提供展示、传播与交流的国际化平台。其议题包括可再生能源、清洁能源、绿色合成、能源存储与催化、生物质材料、大气污染与水处理、气候与环境等，最新影响因子6.737。
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