生物质纳米材料的制备及其功能应用

应用纳米技术从丰富多彩的生物质资源中提取纳米材料并赋予其功能是当今科研领域引人瞩目的研究热点。本书首先介绍了纳米科技和纳米材料，继而以生物质资源为切入点，介绍生物质资源的特性和蕴含的纳米构造、生物质资源的组分分离、组分的纳米化及所制备的纳米材料的功能应用，最后介绍了生物质纳米材料性能的分析手段。 本书可供普通高等学校材料类专业、木材科学与工程专业的师生，以及从事生物质纳米材料与生物质复合材料的技术人员、科研人员和其他相关院校的师生参考。

第1章 纳米科技基础 1
1.1 纳米科技的基本术语 1
1.2 纳米科技 3
1.2.1 纳米科技概念的提出和发展 3
1.2.2 纳米科技的概念 5
1.2.3 纳米技术的内涵 6
1.2.4 纳米科技的研究范畴 7
1.2.5 纳米技术的价值链 7
1.3 纳米材料 8
1.3.1 纳米材料的发展 9
1.3.2 纳米材料的分类 9
1.3.3 纳米材料的制备 11
1.3.4 纳米材料的特性 13
1.3.5 纳米材料的性能 15
1.3.6 纳米材料的应用 19
参考文献 22
第2章 典型生物质资源 24
2.1 生物质资源的特点 24
2.2 纤维素 26
2.2.1 纤维素的分子结构 26
2.2.2 纤维素的超分子结构 28
2.2.3 纤维素的性质 33
2.3 半纤维素 37
2.3.1 半纤维素的分子结构 37
2.3.2 半纤维与其他物质的作用 38
2.3.3 半纤维素的性质 39
2.4 木质素 42
2.4.1 木质素的分子结构 42
2.4.2 木质素-碳水化合物 43
2.4.3 木质素的性质 45
2.5 甲壳素 51
2.5.1 甲壳素的分子结构 52
2.5.2 甲壳素的超分子结构 53
2.5.3 甲壳素的性质 54
2.6 淀粉 57
2.6.1 淀粉的分子结构 58
2.6.2 淀粉的性质 58
2.7 抽提物 59
2.8 无机物 60
参考文献 61
第3章 植物纤维细胞壁的壁层结构和纳米构造 64
3.1 植物纤维细胞的种类和含量 64
3.1.1 针叶材细胞种类 65
3.1.2 阔叶材细胞种类 66
3.1.3 竹秆细胞种类 69
3.1.4 稻秸的细胞种类 70
3.1.5 麦秸的细胞种类 71
3.1.6 植物纤维细胞的形态 72
3.2 植物纤维细胞壁的壁层结构 73
3.2.1 胞间层 73
3.2.2 初生壁 74
3.2.3 次生壁 74
3.2.4 纹孔 74
3.3 细胞壁物质的形成过程 75
3.3.1 细胞壁物质的合成 75
3.3.2 细胞壁物质的堆积过程 77
3.4 细胞壁的超分子构造和纳米尺度 79
3.4.1 细胞壁的超分子构造 79
3.4.2 细胞壁的纳米构造单元 81
参考文献 83
第4章 生物质材料的分离 85
4.1 少量成分的分离 85
4.1.1 有机溶剂抽提物 86
4.1.2 水抽提物 86
4.1.3 稀碱抽提物 86
4.2 纤维素的分离 87
4.2.1 物理法 87
4.2.2 化学法 89
4.3 木质素的分离 96
4.3.1 从生物质原料中分离木质素 97
4.3.2 从纸浆中分离木质素 106
4.3.3 从制浆废液中分离木质素 107
4.3.4 离子液体溶解木质素 113
4.4 半纤维素的分离 116
4.4.1 半纤维素分离前的准备 116
4.4.2 半纤维素的抽提 117
4.5 全组分分离 122
4.5.1 DMSO/NMI溶剂体系 122
4.5.2 离子液体系 123
4.5.3 预处理后分级分离 126
参考文献 127
第5章 生物质纳米纤维素及其功能化 130
5.1 纳米纤维素的概述 130
5.1.1 生物质材料中蕴藏的纳米纤维素 130
5.1.2 纳米纤维素的分类 131
5.1.3 纳米纤维素的特性 133
5.2 纳米纤维素的制备方法 136
5.2.1 纤维素纳米晶体的制备方法 136
5.2.2 纤维素纳米纤丝的制备方法 139
5.3 纳米纤维素的应用 146
5.3.1 纳米纤维素在增强聚合物中的应用 146
5.3.2 纳米纤维素在胶黏剂、涂料中的应用 152
5.3.3 纳米纤维素在气凝胶中的应用 155
5.3.4 纳米纤维素在薄膜材料中的应用 158
5.3.5 纳米纤维素在复合相变储能材料中的应用 160
5.3.6 纳米纤维素在电子行业中的应用 160
5.3.7 纳米纤维素在医学行业中的应用 164
5.3.8 纳米纤维素的其他用途 167
参考文献 167
第6章 生物质纳米甲壳素/壳聚糖及其功能化 172
6.1 纳米甲壳素/壳聚糖的概述 172
6.2 纳米壳聚糖的制备方法 172
6.2.1 共价交联法 172
6.2.2 离子凝胶法 173
6.2.3 大分子复合法 173
6.2.4 凝聚/沉淀法 175
6.2.5 乳滴聚结法 176
6.2.6 乳化剂扩散法 176
6.2.7 自组装法 177
6.2.8 反相乳化盐析法 178
6.3 纳米甲壳素/壳聚糖的应用 178
6.3.1 纳米甲壳素/壳聚糖在医学行业中的应用 178
6.3.2 纳米甲壳素/壳聚糖在环境保护中的应用 180
6.3.3 纳米甲壳素/壳聚糖在食品行业中的应用 182
6.3.4 纳米甲壳素/壳聚糖在农药行业中的应用 183
6.3.5 纳米甲壳素/壳聚糖在其他方面的应用 184
参考文献 184
第7章 生物质纳米木质素及其功能化 188
7.1 木质素的胶体性质 188
7.1.1 木质素在溶液中的分子构型 188
7.1.2 木质素胶体尺寸与聚集行为 190
7.1.3 木质素溶液的流变性 195
7.2 纳米木质素的定义、特征 196
7.2.1 微纳米尺寸木质素颗粒在酸液中的表现 196
7.2.2 微纳米尺寸木质素颗粒在碱液中的表现 198
7.3 纳米木质素的制备 198
7.3.1 超临界反溶剂法 198
7.3.2 酸碱沉淀法 198
7.3.3 超声化学法 201
7.3.4 离子溶液法 201
7.3.5 静电纺丝法 202
7.3.6 其他方法 204
7.4 纳米木质素的应用 205
7.4.1 木质素纳米碳纤维 205
7.4.2 纳米木质素/聚合物混合制备纺丝液 206
7.4.3 纳米木质素/橡胶复合材料 209
7.4.4 纳米木质素薄膜 210
7.4.5 纳米木质素在环境保护中的应用 211
7.4.6 纳米木质素的其他用途 212
参考文献 212
第8章 生物质纳米二氧化硅及其功能化 215
8.1 生物矿化 215
8.1.1 生物矿化的定义 215
8.1.2 生物矿化过程 216
8.1.3 生物矿化的成长机制 217
8.2 硅的生物矿化 218
8.2.1 生物质二氧化硅的结构 218
8.2.2 二氧化硅矿化结构的自组装机制 222
8.3 生物质纳米二氧化硅的制备 224
8.3.1 稻壳制备生物质纳米二氧化硅 224
8.3.2 稻秸制备生物质纳米二氧化硅 225
8.4 生物质纳米二氧化硅在阻燃中的应用 230
8.4.1 生物质二氧化硅的阻燃性能 230
8.4.2 生物质二氧化硅/聚磷酸铵的阻燃性能 233
8.4.3 生物矿化硅的阻燃性能 235
8.5 生物质二氧化硅在降醛中的应用 239
8.5.1 固化时间 240
8.5.2 游离甲醛释放量 240
8.5.3 胶合性能的影响 241
8.6 生物质纳米二氧化硅的其他应用 242
8.6.1 锂离子电池的多孔硅负极材料 242
8.6.2 气凝胶材料 242
参考文献 242
第9章 生物质纳米材料的性能表征 245
9.1 形貌表征 245
9.1.1 透射电子显微镜 245
9.1.2 扫描电子显微镜 251
9.1.3 原子力显微镜 254
9.2 纳米力学 256
9.2.1 纳米压痕法 256
9.2.2 基于AFM的纳米力学测试法 257
9.2.3 基于EM的原位纳米力学测试法 258
9.2.4 基于MEMS的片上纳米力学测试法 258
9.3 比表面积测定 258
9.3.1 吸附的基本概念 258
9.3.2 BET氮吸附法 260
9.4 X射线衍射 261
9.4.1 X射线衍射的物理学基础 261
9.4.2 X射线衍射仪 263
9.4.3 小角X射线散射 263
9.5 粒度分析法 265
9.5.1 激光粒度分析原理 266
9.5.2 激光粒度分析仪装置 266
9.5.3 粒度分析的样品准备 267
9.6 表面及界面表征 268
9.6.1 X射线光电子能谱 269
9.6.2 拉曼光谱 270
9.6.3 红外光谱分析 271
9.7 界面热学特性表征 272
参考文献 274