致谢.26

参考文献27

1 引言

生物质材料，顾名思义，就是以生物体为主要来源的一种材料。它多是以碳、氢、氧三种主要元素组成的有机高分子材料。最初是20世纪90年代，由于石油基塑料造成的“白色污染”问题日益严重，对生态环境施以了巨大压力，国际材料界在此关头提出了新型材料——生态材料（eco-materials）的概念。自此，各种环境友好型材料层出不穷，而生物质材料有着诸多的优点，故在各种材料中逐渐崭露头角并获得了各界的关注。

当今社会对于各种材料、能源的需求是越来越大，也越来越注重这些资源本身的效率、产出等性能。以往使用的各种资源（包含石油等自然的、不可再生的能源）和材料大多有着各式各样的弊端，最为突出的便是对环境不够友好，会造成许多资源的浪费以及生态环境的污染，十分不利于社会的可持续发展。在这种情况下，涌现出大量新型的材料和能源（或是旧种材料或能源的改善或者新研发），材料方面例如特种陶瓷、碳纳米管，资源方面有氢能、核能等。在这之中，生物质能源以其来源广泛（直接提取自各种生物本身）、可降解性、环境友好以及优异的各种物化性能脱颖而出，发展十分迅速[1]。

现今对生物质材料的研究主要着眼于一下几个方向：一是对于原料的处理，即如何获取高品质的原材料的技术研究。二是对于生物质塑料的开发，包括各种可降解的生物塑料以及能够控制其降解速度的生物塑料的研发。三是对生物质复合材料的开发，主要有对其特定的加工成型技术的研发和新型的功能材料（如光电材料、电池和超级电容器、柔性电子材料、生物医用材料等）的开发。

根据生物质材料的来源，可以将其分为动物源、植物源、微生物源。动物源包含甲壳素、壳聚糖衍生物。植物源有木质素、竹炭、纤维素。微生物主要则是各种菌类。由于生物质材料的来源十分广阔并且储量庞大几乎取之无尽用之不竭，因而对这种材料的研究开发是十分具有潜力的。本文主要介绍目前其中含量分列第一和第二的两种材料：纤维素和甲壳素[2-3]。

1.1纤维素

地球上目前已知的储量最为丰富的生物质资源就是纤维素。纤维素虽然具体结构复杂，但是可以简单直观地将其划分到多糖一类，主要是因为它一定条件下可以水解得到葡萄糖。其复杂的结构对其性能也产生了一定的影响，最为直接的就是其分子间与分子内氢键相互作用结合形成一种网络结构，这赋予了纤维素较高的轴向强度，使得其结构变得稳定[4]。关于纤维素的类别，根据来源大致上可以分为植物、海藻、细菌和动物四大类。在这之中，植物通过光合作用每年可生产亿万吨的纤维素，因此工业纤维素主要依靠这种方式获得；海藻纤维素则是从不同种的海藻种经由特殊的提取工艺制得；细菌纤维素是通过微生物作用于小分子的碳水化合物，经发酵合成得到；而动物中，目前仅知被囊类动物能够生产纤维素[5]。

1.1.1纤维素的化学结构

最早在1838年，法国化学家AnselmePayen在先后用硝酸和氢氧化钠溶液重复处理木材后得到一种化合物，并且命名为纤维素（Heuser）。但是对此并没有接着研究也没有其他学者关注这种特殊的新材料，直到1932年，历经了近一个世纪，德国一位化学家Staudinger才对这种材料进行了研究并确定了其聚合物形式。如图1.1所示，纤维素的化学式是(C6H10O5)n，是由D-吡喃葡萄糖环之间以β-1,4糖苷键相互联结形成的一种线性大分子（分子量50,000~25,000,000）多糖。当用纤维素酶β-糖苷酶来水解（或是将纤维素置于酸性溶液中）时，就可以得到β-D-(+)-葡萄糖[6]。 生物质纳米材料的结构和物理性能(2):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_205128.html