高碘酸钠氧化制备醛基化巴沙木气凝胶的物理性能表征

摘要

木材作为一种具有多尺度孔隙结构的生物质材料，在气凝胶开发应用方面具有巨大的潜能。以天然巴沙木为原料，通过脱木素联合高碘酸钠氧化处理，选择性地将纤维素分子链上C₂、C₃位的羟基氧化为醛基，自上而下地制备了一种醛基化木材气凝胶。通过调控高碘酸钠与木材的质量比（1∶1～4∶1），在氧化时间为4 h、氧化温度为60℃条件下制备出醛基化木材气凝胶，并对其微观结构、化学成分及物理性能进行表征。研究表明：高碘酸钠与木材质量比为3∶1时制备的醛基化木材气凝胶（ANWA-3）具有丰富的纳米孔隙结构和高醛基含量，且力学性能优良，展现出优异的综合性能。具体地，ANWA-3的密度为0.050 g/cm³，仅为巴沙木的22.0%；同时，ANWA-3的比表面积达到了36.6 m²/g，其醛基含量达到了1.63 mmol/g。微观结构观察证实了ANWA-3细胞壁中形成了丰富的纳米孔隙结构，且细胞壁厚度明显减少；傅里叶变换红外光谱（FT-IR）显示在1 735 cm-1处存在明显的醛基特征峰，X射线光电子能谱指出C₃峰面积高达49.0%，证实了木材纤维素分子链中的羟基被氧化成醛基。尽管ANWA-3的结晶度下降至48.0%，但是氧化生成的醛基与羟基形成更稳定的半缩醛结构，压缩强度仍能达到7.6 MPa。因此，本研究通过脱木素联合高碘酸钠氧化制备出的巴沙木气凝胶不仅高度醛基化，而且具有高比表面积和丰富的纳米孔隙结构，为功能化木材气凝胶的制备提供了新的研究思路。

关键词

木材气凝胶 / 高碘酸钠 / 醛基化 / 比表面积 / 压缩强度 / 巴沙木