在纳米科技以及纳米材料席卷全球的背景下，各行各业都揭起了纳米热。生物质是由植物、动物和微生物生命体合成得到的物质的总称，分为植物生物质、动物生物质和微生物生物质。其中植物生物质是地球上广泛存在的一类生物质，包括木材、竹材、藤材、灌木的根茎、农作物秸秆等等。它们是由纤维素、半纤维素和木质素组成的天然有机复合体，是具有众多细胞组成的生物结构。在生物质材料的组成构造和化学成分中，本身蕴含着丰富的纳米构造，通过相关技术手段和工艺，也能将这些生物结构转化成纳米材料。但是，生物质材料的结构和组成成分非常复杂，成分之间互相依存，给生物质材料的纳米化带来了很大的影响。本书以生物质材料为切入点，从生物质材料的纳米构造、特性出发，通过组分分离、组分的纳米化、以及所制备的纳米材料的功能应用的描述，系统介绍了生物质纳米材料的制备和功能化应用。
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目录
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
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