稻壳基纳微结构材料的制备及应用
发布时间：2021-09-19 06:14
随着经济的飞速发展和科技的不断进步,人类社会对能源的需求日益增涨,但化石资源日趋枯竭和环境问题日趋恶化,对于人类的发展提出了挑战。开发和利用可再生的生物质资源受到了世界各国的广泛关注。生物质资源来源于植物的光合作用,广泛地存在于大自然中,取之不尽,用之不竭。稻壳是产量最大的生物质资源之一,中国的稻壳年产量在4000万吨以上,焚烧稻壳会造成严重的空气污染,但合理的利用好这一庞大的资源不仅可以缓解能源和环境问题,而且可以产生巨大的经济效益。稻壳具有独特的木质纤维素-SiO2网络结构,因此可以用于合成硅基材料、碳基材料和硅/碳复合材料等多种功能的纳微结构材料,具有广泛的应用前景。本论文根据稻壳的结构特点,采用简单易行的方法,设计和制备了稻壳基纳微结构材料,并探究了其作为橡胶补强填料和超级电容器电极材料的性能及其应用的可能性,得到了如下的研究成果:1.通过低温热解稻壳,得到了包含SiO2和生物质炭的硅/炭复合材料（PRH）。两种物质以共价键相连,可以在橡胶基体发挥协同作用,产生比单一组分更好的橡胶补强效果。系统地探究了球磨条件对PRH材料性能的影响,...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
稻壳的生长过程及微观结构
吉林大学博士学位论文4D-葡萄糖醛酸作为支链。与纤维素相比，半纤维素的聚合度要低的多，仅为50～200，因此它的结构稳定性也明显不如纤维素。半纤维素在碱溶液中有较高的溶解度，同时在酸溶液中易于水解，其发生水解反应的条件较纤维素而言温和很多，在稀酸条件下即可完全水解。图1.4半纤维素的结构示意图1.2.1.3稻壳中的木质素木质素是自然界中含量仅次于纤维素的天然高分子聚合物，是植物细胞壁的重要组成部分。木质素存在于细胞壁的最外侧，表现出较强的疏水性，因此可以防止外部的水分渗透进细胞的内部，并且它可以确保足够的水分和营养在细胞内部有效的运输。木质素的内部结构十分复杂，由三种特定的结构单元组合而成，包括对香豆醇、松柏醇以及芥子醇。三种结构单元相互之间发生一系列脱氢反应，最终通过C-O-C和C-C等化学键连接在一起组成了木质素[13]。如图1.5所示[14]，在木质素中，三种结构单元的结构形式依次转变为对羟基苯基（H）、愈创木基（G）以及丁香酚基（S）。不同类别植物中的木质素构成有着较大的差异性。一般而言，软木以G结构为主；硬木以S和G结构的混合为主，其中S结构占多数；草本植物中，如稻壳，以H结构为主[15]。据报道，植物中木质素的分子量在1000～20000gmol-1之间，然而，到目前为止仍然没有完善的方法来计算木质
第一章绪论5素的聚合度，这是因为在提取木质素的过程中很容易将其结构破碎化，并且其自身包含大量重复的次级结构。图1.5(a)香豆醇，（b）松柏醇，（c）芥子醇，（d）对羟基苯基，（e）愈创木基和（f）丁香酚基的结构示意图1.2.1.4稻壳中的SiO2SiO2是以水合物的形式存在于水稻的各个部位，尤以稻壳中的含量最多。张宏喜等人[6]发现，在600℃的温度燃尽稻壳的木质纤维素后，残余的灰分仍然保留着与原始稻壳相近的微观结构，说明SiO2起着一个骨架的作用，支撑着稻壳坚硬的结构。另外，Park等人[12]利用扫描电镜结合X射线衍射技术，观察了稻壳中SiO2的分布状态。如图1.6所示，左图为稻壳的横截面的扫描电子显微镜图片，右图为Si元素在该区域内的X射线响应信号，反映了SiO2的真实分布状态。可以看出，SiO2主要存在于稻壳的外侧，而且在凸起处的分布更宽，说明该处的SiO2含量更高。SiO2在水稻的生长过程中不断沉积，嵌入到稻壳的细胞壁上，形成稳定的结构。Patel等人[16]发现，SiO2与半纤维素中的单糖基元存在电子转移现象，由此二者之间可以通过共价键相连接。正因如此，若未预处理溶出半纤维素而直接在
【参考文献】：
期刊论文
[1]稻壳基活性炭负载镍催化剂的制备及在香草醛加氢脱氧反应中的催化性能[J]. 陈志浩,晁威,丰祎,金璐,朱燕超,杨晓敏,王子忱. 新型炭材料. 2018(05)
[2]生物质衍生碳材料的结构多样性及其在能量存储方面的应用（英文）[J]. 江丽丽,盛利志,范壮军. Science China Materials. 2018(02)
[3]Understanding the Reinforcement and Dissipation of Natural Rubber Compounds Filled with Hybrid Filler Composed of Carbon Black and Silica[J]. 宋义虎,Ling-bin Zeng,Qiang Zheng. Chinese Journal of Polymer Science. 2017(11)
[4]木质素对酚醛/木质素嵌段共聚树脂制备的影响及反应机理[J]. 晁威,杨晓敏,周玉,朱燕超,王子忱. 高等学校化学学报. 2017(02)
[5]碱木质素在天然橡胶中的填充行为研究[J]. 张翠美,刘顺凯,栗敬君,王海威,赵季若,冯莺. 特种橡胶制品. 2016(02)
[6]木质素含量的检测方法[J]. 李海涛,姚开,贾冬英,何强. 皮革科学与工程. 2011(02)
[7]填料-弹性体相互作用对填充硫化胶滞后损失、湿摩擦性能和磨耗性能的影响[J]. 王梦蛟. 轮胎工业. 2007(10)
[8]草浆黑液硫酸酸析木素的工艺条件[J]. 周长玲,姜子忠,许易真. 东北林业大学学报. 2000(01)
博士论文
[1]柔性超级电容器电极材料的制备及电容特性研究[D]. 王龄昌.天津理工大学 2019
[2]生物质连续水解及其衍生化反应研究[D]. 徐清.中国科学技术大学 2017
[3]生物质催化热解中催化剂积炭与再生特性研究[D]. 邵珊珊.东南大学 2016
[4]生物质炭及其复合材料的制备及应用性能研究[D]. 李玉姣.吉林大学 2015
[5]多级孔道结构的稻壳基电容炭材料的制备及其电容性能研究[D]. 刘德臣.吉林大学 2015
[6]接枝改性炭黑、白炭黑应用于天然橡胶的性能研究[D]. 付文.华南理工大学 2014
[7]生物质基胶体碳的制备及应用研究[D]. 王丽丽.吉林大学 2012
[8]稻壳主要组分的分离与应用基础研究[D]. 张宏喜.吉林大学 2011
本文编号：3401180
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
稻壳的生长过程及微观结构
吉林大学博士学位论文4D-葡萄糖醛酸作为支链。与纤维素相比，半纤维素的聚合度要低的多，仅为50～200，因此它的结构稳定性也明显不如纤维素。半纤维素在碱溶液中有较高的溶解度，同时在酸溶液中易于水解，其发生水解反应的条件较纤维素而言温和很多，在稀酸条件下即可完全水解。图1.4半纤维素的结构示意图1.2.1.3稻壳中的木质素木质素是自然界中含量仅次于纤维素的天然高分子聚合物，是植物细胞壁的重要组成部分。木质素存在于细胞壁的最外侧，表现出较强的疏水性，因此可以防止外部的水分渗透进细胞的内部，并且它可以确保足够的水分和营养在细胞内部有效的运输。木质素的内部结构十分复杂，由三种特定的结构单元组合而成，包括对香豆醇、松柏醇以及芥子醇。三种结构单元相互之间发生一系列脱氢反应，最终通过C-O-C和C-C等化学键连接在一起组成了木质素[13]。如图1.5所示[14]，在木质素中，三种结构单元的结构形式依次转变为对羟基苯基（H）、愈创木基（G）以及丁香酚基（S）。不同类别植物中的木质素构成有着较大的差异性。一般而言，软木以G结构为主；硬木以S和G结构的混合为主，其中S结构占多数；草本植物中，如稻壳，以H结构为主[15]。据报道，植物中木质素的分子量在1000～20000gmol-1之间，然而，到目前为止仍然没有完善的方法来计算木质
第一章绪论5素的聚合度，这是因为在提取木质素的过程中很容易将其结构破碎化，并且其自身包含大量重复的次级结构。图1.5(a)香豆醇，（b）松柏醇，（c）芥子醇，（d）对羟基苯基，（e）愈创木基和（f）丁香酚基的结构示意图1.2.1.4稻壳中的SiO2SiO2是以水合物的形式存在于水稻的各个部位，尤以稻壳中的含量最多。张宏喜等人[6]发现，在600℃的温度燃尽稻壳的木质纤维素后，残余的灰分仍然保留着与原始稻壳相近的微观结构，说明SiO2起着一个骨架的作用，支撑着稻壳坚硬的结构。另外，Park等人[12]利用扫描电镜结合X射线衍射技术，观察了稻壳中SiO2的分布状态。如图1.6所示，左图为稻壳的横截面的扫描电子显微镜图片，右图为Si元素在该区域内的X射线响应信号，反映了SiO2的真实分布状态。可以看出，SiO2主要存在于稻壳的外侧，而且在凸起处的分布更宽，说明该处的SiO2含量更高。SiO2在水稻的生长过程中不断沉积，嵌入到稻壳的细胞壁上，形成稳定的结构。Patel等人[16]发现，SiO2与半纤维素中的单糖基元存在电子转移现象，由此二者之间可以通过共价键相连接。正因如此，若未预处理溶出半纤维素而直接在
【参考文献】：
期刊论文
[1]稻壳基活性炭负载镍催化剂的制备及在香草醛加氢脱氧反应中的催化性能[J]. 陈志浩,晁威,丰祎,金璐,朱燕超,杨晓敏,王子忱. 新型炭材料. 2018(05)
[2]生物质衍生碳材料的结构多样性及其在能量存储方面的应用（英文）[J]. 江丽丽,盛利志,范壮军. Science China Materials. 2018(02)
[3]Understanding the Reinforcement and Dissipation of Natural Rubber Compounds Filled with Hybrid Filler Composed of Carbon Black and Silica[J]. 宋义虎,Ling-bin Zeng,Qiang Zheng. Chinese Journal of Polymer Science. 2017(11)
[4]木质素对酚醛/木质素嵌段共聚树脂制备的影响及反应机理[J]. 晁威,杨晓敏,周玉,朱燕超,王子忱. 高等学校化学学报. 2017(02)
[5]碱木质素在天然橡胶中的填充行为研究[J]. 张翠美,刘顺凯,栗敬君,王海威,赵季若,冯莺. 特种橡胶制品. 2016(02)
[6]木质素含量的检测方法[J]. 李海涛,姚开,贾冬英,何强. 皮革科学与工程. 2011(02)
[7]填料-弹性体相互作用对填充硫化胶滞后损失、湿摩擦性能和磨耗性能的影响[J]. 王梦蛟. 轮胎工业. 2007(10)
[8]草浆黑液硫酸酸析木素的工艺条件[J]. 周长玲,姜子忠,许易真. 东北林业大学学报. 2000(01)
博士论文
[1]柔性超级电容器电极材料的制备及电容特性研究[D]. 王龄昌.天津理工大学 2019
[2]生物质连续水解及其衍生化反应研究[D]. 徐清.中国科学技术大学 2017
[3]生物质催化热解中催化剂积炭与再生特性研究[D]. 邵珊珊.东南大学 2016
[4]生物质炭及其复合材料的制备及应用性能研究[D]. 李玉姣.吉林大学 2015
[5]多级孔道结构的稻壳基电容炭材料的制备及其电容性能研究[D]. 刘德臣.吉林大学 2015
[6]接枝改性炭黑、白炭黑应用于天然橡胶的性能研究[D]. 付文.华南理工大学 2014
[7]生物质基胶体碳的制备及应用研究[D]. 王丽丽.吉林大学 2012
[8]稻壳主要组分的分离与应用基础研究[D]. 张宏喜.吉林大学 2011
本文编号：3401180
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