隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科技的不斷進步,人類社會對能源的需求日益增漲,但化石資源日趨枯竭和環(huán)境問題日趨惡化,對于人類的發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。開發(fā)和利用可再生的生物質(zhì)資源受到了世界各國的廣泛關(guān)注。生物質(zhì)資源來源于植物的光合作用,廣泛地存在于大自然中,取之不盡,用之不竭。稻殼是產(chǎn)量最大的生物質(zhì)資源之一,中國的稻殼年產(chǎn)量在4000萬噸以上,焚燒稻殼會造成嚴(yán)重的空氣污染,但合理的利用好這一龐大的資源不僅可以緩解能源和環(huán)境問題,而且可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。稻殼具有獨特的木質(zhì)纖維素-SiO₂網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),因此可以用于合成硅基材料、碳基材料和硅/碳復(fù)合材料等多種功能的納微結(jié)構(gòu)材料,具有廣泛的應(yīng)用前景。本論文根據(jù)稻殼的結(jié)構(gòu)特點,采用簡單易行的方法,設(shè)計和制備了稻殼基納微結(jié)構(gòu)材料,并探究了其作為橡膠補強填料和超級電容器電極材料的性能及其應(yīng)用的可能性,得到了如下的研究成果:1.通過低溫?zé)峤獾練?得到了包含SiO₂和生物質(zhì)炭的硅/炭復(fù)合材料（PRH）。兩種物質(zhì)以共價鍵相連,可以在橡膠基體發(fā)揮協(xié)同作用,產(chǎn)生比單一組分更好的橡膠補強效果。系統(tǒng)地探究了球磨條件對PRH材料性能的影響,... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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稻殼的生長過程及微觀結(jié)構(gòu)

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文4D-葡萄糖醛酸作為支鏈。與纖維素相比，半纖維素的聚合度要低的多，僅為50～200，因此它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也明顯不如纖維素。半纖維素在堿溶液中有較高的溶解度，同時在酸溶液中易于水解，其發(fā)生水解反應(yīng)的條件較纖維素而言溫和很多，在稀酸條件下即可完全水解。圖1.4半纖維素的結(jié)構(gòu)示意圖1.2.1.3稻殼中的木質(zhì)素木質(zhì)素是自然界中含量僅次于纖維素的天然高分子聚合物，是植物細(xì)胞壁的重要組成部分。木質(zhì)素存在于細(xì)胞壁的最外側(cè)，表現(xiàn)出較強的疏水性，因此可以防止外部的水分滲透進細(xì)胞的內(nèi)部，并且它可以確保足夠的水分和營養(yǎng)在細(xì)胞內(nèi)部有效的運輸。木質(zhì)素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，由三種特定的結(jié)構(gòu)單元組合而成，包括對香豆醇、松柏醇以及芥子醇。三種結(jié)構(gòu)單元相互之間發(fā)生一系列脫氫反應(yīng)，最終通過C-O-C和C-C等化學(xué)鍵連接在一起組成了木質(zhì)素[13]。如圖1.5所示[14]，在木質(zhì)素中，三種結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)形式依次轉(zhuǎn)變?yōu)閷αu基苯基（H）、愈創(chuàng)木基（G）以及丁香酚基（S）。不同類別植物中的木質(zhì)素構(gòu)成有著較大的差異性。一般而言，軟木以G結(jié)構(gòu)為主；硬木以S和G結(jié)構(gòu)的混合為主，其中S結(jié)構(gòu)占多數(shù)；草本植物中，如稻殼，以H結(jié)構(gòu)為主[15]。據(jù)報道，植物中木質(zhì)素的分子量在1000～20000gmol-1之間，然而，到目前為止仍然沒有完善的方法來計算木質(zhì)

第一章緒論5素的聚合度，這是因為在提取木質(zhì)素的過程中很容易將其結(jié)構(gòu)破碎化，并且其自身包含大量重復(fù)的次級結(jié)構(gòu)。圖1.5(a)香豆醇，（b）松柏醇，（c）芥子醇，（d）對羥基苯基，（e）愈創(chuàng)木基和（f）丁香酚基的結(jié)構(gòu)示意圖1.2.1.4稻殼中的SiO2SiO2是以水合物的形式存在于水稻的各個部位，尤以稻殼中的含量最多。張宏喜等人[6]發(fā)現(xiàn)，在600℃的溫度燃盡稻殼的木質(zhì)纖維素后，殘余的灰分仍然保留著與原始稻殼相近的微觀結(jié)構(gòu)，說明SiO2起著一個骨架的作用，支撐著稻殼堅硬的結(jié)構(gòu)。另外，Park等人[12]利用掃描電鏡結(jié)合X射線衍射技術(shù)，觀察了稻殼中SiO2的分布狀態(tài)。如圖1.6所示，左圖為稻殼的橫截面的掃描電子顯微鏡圖片，右圖為Si元素在該區(qū)域內(nèi)的X射線響應(yīng)信號，反映了SiO2的真實分布狀態(tài)�？梢钥闯�，SiO2主要存在于稻殼的外側(cè)，而且在凸起處的分布更寬，說明該處的SiO2含量更高。SiO2在水稻的生長過程中不斷沉積，嵌入到稻殼的細(xì)胞壁上，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。Patel等人[16]發(fā)現(xiàn)，SiO2與半纖維素中的單糖基元存在電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，由此二者之間可以通過共價鍵相連接。正因如此，若未預(yù)處理溶出半纖維素而直接在

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本文編號：3401180