《木质纳米环境净化功能材料制备技术》以木质资源的可持续发展和高值转化新型功能性材料为主线，全面阐述了高值化利用木材的基础理论与原理、主要方法以及制备木质纳米功能材料的关键技术与机制，注重与多学科领域涉及的前沿科学问题进行交叉论述，其中以木质基碳点和木材仿生催化剂在环境净化方面的研究为特色。本书可供国内高等院校相关专业的师生及科研院所木材科学与技术、化学工程、材料工程、环境科学与工程等领域的科研人员参考。

随着碳达峰和碳中和日期的不断临近，作为大型碳汇材料的木材，使用量不断增加，而且，其功能化和高附加值化程度不断提升。本丛书由东北林业大学李坚院士团队共同编写，结合国家科技进步奖等相关科研成果，详细介绍了木材等生物质材料的高效化和高附加值化综合利用的先进技术，对相关行业的材料设计与制备有明显指导价值。

林业是国民经济的重要组成部分之一，具有与其他行业不同的特点与功能。随着化学工业技术的迅速发展，林业工程的研究范畴也得到了扩展，整体特点为多学科交叉、外延以及向新领域的渗透。木材是一种可再生的生物资源，木质资源的高效利用和可持续发展极其重要，直接关系到我国国民经济、环境和社会的各个方面。本书的特点就是林业工程与现代化工的完美融合和相互促进，包括研究木质资源的开发利用、木质纳米材料加工理论与技术等方面。
本书共7章，主要内容包括三部分：一是木材纳米技术的新应用，涉及木材纳米技术的概述、发展历史及其在工业领域的最新进展，包括纸浆和纸、木质纳米复合材料、木质纳米涂料、木材纳米防腐剂等的制备技术与应用研究，尤其是在能源和传感器等领域的最新研究进展；二是利用木质成分制备功能材料的关键技术，首先对木材的化学成分进行了较全面的介绍，接着阐述了木材的绿色高效预处理技术，包括微波辐射、超临界流体、离子液体等方面，还涉及由纤维素、半纤维素和木质素衍生各种功能材料的关键技术和最新进展，尤其是木质基碳点研究，包括先进的绿色化学制备技术、发光功能以及环境净化功能的研究进展，这部分是本书的特色和重点之一；三是木材仿生技术，涉及仿生材料设计的基本原则、木材的微纳米结构以及木材结构的调控技术等，包括脱木素、自上而下组装策略、致密化和填充等，还涉及木材仿生与智能响应材料的制备技术、研究进展和应用前景等，包括多孔材料、复合材料和透明木材等新材料及其在信号和传感、生物医学、能源等领域的应用研究，其中以木材模板技术为重点，包括纳米氧化物材料在吸附、光催化制氢、能量储存、药物载体、传感器等方面的应用进展，尤其是木材仿生催化剂的制备技术、木材模板技术对催化剂形貌、结构、性能以及环境净化功能的调控和机制研究，这部分也是本书的特色和重点之一。
本书的内容经过了几年时间的积累，得到了国家自然科学基金木材/g-C3N4多尺度遗态结构的形式与光致净化机制（编号：31971587）的资助。在编写过程中得到了研究团队许多本科生和研究生的支持，包括全书的插图绘制与书稿整理等工作，在此对团队成员的付出表示感谢！
由于经验、学识和水平有限，书中不足之处恳请读者和同行批评指正！

编著者
2022年3月1日

高杏，女，1989年生，博士。现为哈尔滨体育学院讲师、硕士研究生导师。博士毕业于东北林业大学，在读期间从事木材科学与技术领域的研究工作，目前研究内容主要包括生物质复合材料的制备及其在体育中的应用等方面。目前共发表学术论文20余篇（其中SCI收录20篇），申报国家发明专利2项，授权实用新型专利5项。参与了国家自然科学基金、国家重点研发计划课题研究任务等研究工作，现主持黑龙江省博士后基金、黑龙江省自然科学基金项目的研究工作。郭明辉， 1964年生，博士。国家重点学科木材科学与技术学科带头人，现为东北林业大学二级教授、博士生导师，中国林学会木材科学分会理事长、中国木材标准化委员会委员，国家和省级各类科研项目立项和评奖项目的评审专家。一直从事木材科学与技术领域教学和科研工作，其研究内容主要包括木材碳学、生物质复合功能材料以及木材表面改性等方面。2014年和2008年享受国务院和黑龙江省政府特殊津贴。2002年获中国高校科技进步奖一等奖、第七届中国林业青年科技奖，2004年获国家科技进步二等奖，2006年、2010年及2021年获省部一等奖、二等奖各2项。2011年获得黑龙江省教学名师称号，2019年和2022年获得黑龙江省教学成果一等奖和特等奖，2021年获得国家课程思政示范课程及教学名师，2015和2013年主持并主讲木材学、木材与人类生活两门课程的国家精品资源共享课程。先后发表学术论文200余篇（被SCI收录的学术论文有72篇），出版专著十余部。

1环境净化1
1.1水污染净化1
1.1.1染料废水的危害及处理2
1.1.2光催化技术6
1.2大气污染净化12
1.2.1氮氧化物的危害及处理12
1.2.2选择性还原脱硝技术15
参考文献21

2循环经济中的木材25
2.1木材工业化的环境问题27
2.2木质纤维素废料作为能源和燃料的可持续原料28
2.2.1以生产2G生物乙醇为研究案例30
2.2.2以GVL的生产流程为研究案例32
2.3对木质纤维素废料的经济与环境关注33
参考文献34

3纳米技术在木材中的新应用37
3.1木材纳米技术简介37
3.2纸浆和纸制备技术39
3.2.1纳米纤维素39
3.2.2纳米纤维素作为湿或干强度剂40
3.2.3从纤维素到纳米纤维素41
3.2.4纳米纤维素作为阻隔性能的涂层材料43
3.2.5纳米材料作为改善性能的保留剂43
3.2.6纳米填料用于增强性能43
3.2.7纳米材料作为改善性能的施胶剂44
3.3木质纳米复合材料制备技术44
3.3.1纳米纤维素作为增强材料46
3.3.2纳米粒子用于增强人造板性能51
3.4木材纳米涂料制备技术53
3.4.1纳米添加剂用于提高耐久性53
3.4.2纳米添加剂用于改善吸水率54
3.4.3纳米添加剂用于改善机械性能55
3.4.4纳米添加剂用于改善紫外吸收56
3.4.5纳米添加剂用于改善阻燃性能57
3.5木材纳米防腐剂制备技术57
3.5.1纳米包裹用于增强杀菌力58
3.5.2金属纳米粒子浸渍用于耐久性增强59
3.6纳米纤维素制备能源装置61
3.6.1纳米纤维素制备太阳能材料62
3.6.2纳米纤维素制备导电材料62
3.6.3纳米纤维素制备储能材料63
3.6.4纳米纤维素基纸制备电子器件65
3.7纳米纤维素基复合材料制备传感器66
3.7.1生物传感器68
3.7.2化学传感器70
3.7.3电化学传感器71
参考文献72

4木质成分衍生新型功能材料79
4.1木质纤维素生物质79
4.1.1纤维素组成与结构80
4.1.2半纤维素组成与结构81
4.1.3木质素组成与结构82
4.2木质纤维素衍生功能材料83
4.3绿色高效的预处理技术85
4.3.1微波辐射85
4.3.2超临界流体预处理87
4.3.3超声波辐射89
4.3.4电场预处理91
4.3.5水力空化91
4.3.6离子液体预处理93
4.4木质素衍生功能材料95
4.4.1碳基材料95
4.4.2吸附剂99
4.4.3染料分散剂100
4.4.4生物塑料101
4.4.5气凝胶103
4.4.6生物医学应用104
4.5纤维素衍生功能材料104
4.5.1纤维素基离子液体105
4.5.2功能性复合材料107
4.5.3吸附材料108
4.5.4碳材料109
4.6半纤维素衍生功能材料110
4.6.1生物医学110
4.6.2药物载体111
4.6.3薄膜112
参考文献114

5木质基碳点水污染净化功能121
5.1碳点的概述121
5.2木质基碳点制备技术123
5.2.1天然生物质原料123
5.2.2生物质基碳点制备技术124
5.2.3生物质基碳点的形成机理128
5.2.4木质基碳点研究现状129
5.3木质基碳点制备技术131
5.3.1传统制备技术132
5.3.2先进的绿色化学制备技术134
5.4木质基碳点的发光功能136
5.4.1生物成像136
5.4.2生物传感138
5.5木质基碳点的环境净化功能142
5.5.1碳点的光催化应用143
5.5.2提高碳点光催化功能的调控技术144
5.5.3木质基碳点复合材料水污染净化功能147
5.5.4木质基碳点异质结复合材料水污染净化功能160
5.5.5木质基碳点复合材料性能调控技术170
5.6绿色碳点的生产及应用挑战178
参考文献180

6木材仿生与智能响应材料制备技术187
6.1仿生材料设计的基本原则188
6.2木材的微纳米结构189
6.3木材结构的调控技术191
6.3.1自上而下和自下而上调控方法191
6.3.2脱木素调控方法192
6.4木材多层次结构的独特功能194
6.4.1自上而下组装策略198
6.4.2致密化200
6.4.3填充200
6.5木材结构衍生新型功能材料201
6.5.1木材-聚合物复合材料201
6.5.2木材-矿物和木材-金属混合物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木材结构中离子传输行为211
6.6.1离子传输行为的基本概念212
6.6.2木材结构中的离子传输行为212
6.6.3离子传输的调控技术213
6.7仿生木材离子传输的新兴材料216
6.7.1木材水凝胶217
6.7.2信号和传感设备220
6.7.3生物医学设备223
6.7.4能源设备224
6.7.5水污染处理设备227
6.8木材结构功能化应用前景与挑战231
参考文献234

7木材仿生材料环境净化功能239
7.1模板法制备技术239
7.1.1无机模板法240
7.1.2有机模板法242
7.1.3生物模板法243
7.2木材模板制备技术247
7.2.1木材模板技术路线248
7.2.2木材模板技术面临的挑战250
7.2.3木材模板技术的优势252
7.3模板技术制备纳米氧化物功能材料252
7.3.1吸附剂253
7.3.2光催化制氢材料255
7.3.3能量储存材料255
7.3.4药物载体256
7.3.5传感器257
7.3.6光催化材料257
7.4木材仿生催化剂环境净化功能260
7.4.1木材仿生光催化剂水污染净化功能264
7.4.2木材模板光催化剂的应用前景及挑战272
7.4.3木材仿生脱硝催化剂大气污染净化功能273
参考文献290