農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼材料化利用研究進(jìn)展

張雙燕，任 浩，丁文清，吳玉濤

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，合肥 230036）

0 引言

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，改革開放以來(lái)，農(nóng)業(yè)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，但產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物卻帶來(lái)了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題，成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約。研究表明，農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用，不僅可將其變廢為寶，還能保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。為此，黨中央、國(guó)務(wù)院在十八屆五中全會(huì)、2016年中央1號(hào)文件、《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》、《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的意見》以及《“十三五”農(nóng)業(yè)科技發(fā)展規(guī)劃》等中均對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用作出了明確部署，以期遏制農(nóng)業(yè)廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，全面提高資源利用效率。

稻殼是稻谷加工的主要副產(chǎn)品，一般加工1 t稻谷可產(chǎn)生200 kg稻殼，是中國(guó)最普遍存在的農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物之一。中國(guó)年產(chǎn)稻谷2億t以上，產(chǎn)生稻殼廢棄物資源可達(dá)4000多萬(wàn)t[2]。稻殼含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、硅化合物以及粗蛋白和粗脂肪等，是重要的生物質(zhì)資源，具有很大利用價(jià)值。

稻殼資源經(jīng)歷了從最初隨意丟棄、亂堆亂放和焚燒，到資源化利用過(guò)程的轉(zhuǎn)變。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)稻殼資源利用主要集中在能源化、肥料化、飼料化、基料化和材料化5個(gè)方面[3]。

稻殼資源化利用在能源化方面起步較早且相關(guān)研究較多，但這些利用中大多數(shù)方法都與熱解相關(guān)，其開發(fā)利用過(guò)程中會(huì)釋放大量腐蝕性氣體，導(dǎo)致大氣污染，危害人類健康[4]。因此，近年來(lái)材料化利用逐漸成為了稻殼資源化利用的新途徑，尤其是用于制備生物質(zhì)復(fù)合材料產(chǎn)品，已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[5]。本研究在分析稻殼性能的基礎(chǔ)上，綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外稻殼資源化利用在材料化方面的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了稻殼制備稻殼板、稻殼聚合物基復(fù)合材料和稻殼水泥基復(fù)合材料3種生物質(zhì)復(fù)合材料的性能及其研究進(jìn)展，并對(duì)其發(fā)展方向和趨勢(shì)進(jìn)行了展望，為稻殼資源材料化利用的進(jìn)一步研究提供參考。

1 稻殼性能

稻殼（圖1）是包裹稻谷籽粒的覆蓋物，一般長(zhǎng)約10 mm，寬約1 ～3 mm，具有典型的瓢形結(jié)構(gòu)，其外表面細(xì)胞呈長(zhǎng)矩形粒狀[6]，沿軸向成排排列，而內(nèi)表面則較為光滑平整。稻殼密度較低，其堆積密度約為220 ～750 kg/m3[7]，導(dǎo)熱系數(shù)較低，約為0.06 ～0.08W/(m·K)[6,8-9]，具有多孔性，主要由C、O、Si、H、Ca、K等元素組成（表1）[10-11]，其中Si元素含量最高，可達(dá)52.56%。

圖1 稻殼

表1 稻殼主要元素組成含量

稻殼主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、灰分等組成，其中纖維素和木質(zhì)素含量較多（表2）[12-13]。與其他植物纖維相比，稻殼纖維較短，纖維長(zhǎng)度介于134 ～1350 μm，主要集中在400 ～700 μm（圖2），平均長(zhǎng)度約為535 μm；纖維寬度介于5 ～21 μm，平均約為11 μm；纖維長(zhǎng)寬比平均約為48，略高于5年生速生楊木木材纖維的41[14]。稻殼纖維力學(xué)性能較其他植物纖維低，拉伸強(qiáng)度介于25 ～75 MPa，彈性模量為2.50 ～3.70 GPa[13]。上述研究結(jié)果表明，稻殼可作為林木資源的補(bǔ)充，替代部分木材，用于制備生物質(zhì)復(fù)合材料。

表2 稻殼主要化學(xué)成分含量

圖2 稻殼纖維長(zhǎng)度分布

2 稻殼板研究進(jìn)展

稻殼板是以稻殼為原料，施加熱固性樹脂膠黏劑，經(jīng)熱壓而成的一種板材制品（圖3），具有輕質(zhì)、保溫、隔音等優(yōu)點(diǎn)，可用于制作家具、包裝材料、建筑內(nèi)墻板以及車輛、船艙隔板等。

圖3 實(shí)驗(yàn)室自制稻殼板

1966年 ，Kollmann在《Holzspanwerkstoffe:Holzspanplatten und Holzspanformlinge Rohstoffe,Herstellung,Plankosten Qualit?tskontrolle usw》一書中最早提出稻殼可用于制備稻殼板，但直到20世紀(jì)70年，利用稻殼制板才引起國(guó)際上的廣泛關(guān)注。中國(guó)在1979年就設(shè)想利用稻殼制板材，1981年試制品問世并通過(guò)了中試鑒定，從此國(guó)內(nèi)開始了關(guān)于稻殼板的正式研究[15]。

2.1 稻殼板用膠黏劑研究進(jìn)展

膠黏劑是稻殼板制造的核心，直接影響著稻殼板的性能。稻殼板最早參照刨花板制備工藝，采用脲醛樹脂(UF)膠黏劑，但由于稻殼中Si元素含量較高，影響了對(duì)膠黏劑的吸附和氫鍵的形成[16]，導(dǎo)致板材的強(qiáng)度下降。為了提高稻殼板性能，研究人員采用其他膠黏劑代替UF。趙林波等[17]采用異氰酸酯(MDI/PMDI)，制備的稻殼板各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到《刨花板》(GB/T4897-92)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，但整體制板成本相比較高，難以大范圍推廣應(yīng)用。Leiva等[18]采用大豆蛋白膠黏劑，制備的稻殼板抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI A208.1-1999)中密度刨花板的要求，但由于大豆蛋白膠耐水性較差，使得稻殼板的吸水厚度膨脹率很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。Mgbemene等[19]采用單寧膠黏劑，制成的稻殼板強(qiáng)度僅適宜用于隔熱或裝飾覆面材料。以上研究表明，采用替代膠黏劑可使稻殼板的某些性能得以改善，但始終無(wú)法從根本上克服其強(qiáng)度低、耐水性差以及成本高等問題。

鑒于此，研究人員采用改性膠黏劑來(lái)制備稻殼板（表3），取得了一定的進(jìn)展。國(guó)內(nèi)李蘭亭等[20-21]早在20世紀(jì)80年代末至90年代初就開展了這方面的研究，利用DN-8號(hào)低毒UF制備的稻殼板平面抗拉強(qiáng)度高達(dá)0.44 ～0.66 MPa，且各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到《刨花板》(GB 4896-4905—1985)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。王谷怡等[22]利用自制改性酚醛樹脂(PF)發(fā)現(xiàn)，施膠量為20%時(shí)，壓制10 mm厚稻殼板的抗彎彈性模量可達(dá)2478 MPa，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了潮濕狀態(tài)下使用的家具型刨花板的（P6型）要求，且稻殼板的甲醛釋放量?jī)H為0.077mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.124 mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)要求。趙林波[23]、Torkaman等[24]采用MDI/PMDI改性UF膠黏劑，制備的稻殼板物理力學(xué)性能均提高50% ～100%。Kariuki等[25]采用改性淀粉膠壓制的稻殼板抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量達(dá)到14.32 MPa和2891.67 MPa，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度高達(dá)1.71 MPa。Ciannamea等[26]利用硼酸改性大豆蛋白膠，有效提高了稻殼板耐水性。以上研究表明，選用改性膠黏劑制備稻殼板是一種可行且有效的方法，不僅提高了稻殼板的各項(xiàng)物理力學(xué)性能，降低了制板成本，還減少了板中游離甲醛的釋放量，有利于環(huán)境保護(hù)。

表3 改性膠黏劑制備稻殼板的物理力學(xué)性能

2.2 預(yù)處理稻殼提高稻殼板性能研究進(jìn)展

稻殼外表面含有大量硅元素，內(nèi)表面含有蠟和脂肪[27]，這些成分的存在是造成稻殼與膠黏劑膠合不良的主要因素。因此，對(duì)稻殼表面進(jìn)行去除硅等雜質(zhì)的預(yù)處理，能有效改善稻殼與膠黏劑的膠合，最終提高稻殼板性能（表4）。目前，稻殼預(yù)處理方式主要有物理和化學(xué)2種方法。Sejati等[28]采用100℃熱水蒸煮的物理方法對(duì)稻殼進(jìn)行預(yù)處理。結(jié)果表明，稻殼經(jīng)蒸煮處理1 h后制備的稻殼板抗彎強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度分別提高了1 ～2倍和2 ～4倍。Ndazi等[27]分別采用蒸汽物理方法和堿液化學(xué)方法對(duì)稻殼處理，有效移除阻礙膠合的稻殼表面羰基基團(tuán)、二氧化硅和羧基化合物，制備的稻殼板力學(xué)性能顯著增強(qiáng)。Ciannamea等[29]通過(guò)漂白處理，去除了稻殼中的半纖維素和木質(zhì)素，使得稻殼結(jié)晶度減小，降低了稻殼表面二氧化硅含量，有效的增強(qiáng)了稻殼與極性膠黏劑的附著力，顯著改善了稻殼板的性能。以上研究表明，采用物理或化學(xué)方法對(duì)稻殼預(yù)處理均能在不同程度上去除影響稻殼與膠黏劑膠合的硅等雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)有效的膠接，提高稻殼板的性能。

表4 預(yù)處理稻殼制備稻殼板的物理力學(xué)性能

2.3 纖維增強(qiáng)稻殼板研究進(jìn)展

稻殼纖維長(zhǎng)度和力學(xué)性能較低，制備的稻殼板與木質(zhì)人造板相比，力學(xué)性能較差。因此，除了選擇適應(yīng)于稻殼板的膠黏劑、對(duì)稻殼進(jìn)行預(yù)處理外，稻殼板的制備過(guò)程中還可以通過(guò)加入各種增強(qiáng)纖維來(lái)提高其性能（表5）。目前，增強(qiáng)纖維加入主要有2種方式：（1）增強(qiáng)纖維與稻殼直接混合；（2）采用夾層結(jié)構(gòu)（圖4）即增強(qiáng)纖維為表層，稻殼為芯層。蔣遠(yuǎn)舟[30]、羅鵬[31]、Raya等[32]將蔗渣、劍麻頭等植物纖維與稻殼均勻混合制備成稻殼板，其各項(xiàng)性能均得到明顯提高。Kang等[33]將稻殼與木屑混合制備的稻殼板的吸聲系數(shù)高于商用石膏板、瓷磚、木地板以及混凝土材料，可用作建筑吸聲材料，拓寬了稻殼板的使用范圍。Kwon[34]、孫建飛[35]、Nicolao等[36]采用夾層結(jié)構(gòu)制備的稻殼板抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量分別高達(dá)30.5 MPa和4.34 GPa，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到0.8 MPa。解俊英等[37]用木刨花增強(qiáng)稻殼，采用夾層結(jié)構(gòu)，稻殼板經(jīng)過(guò)WCAMA 6個(gè)循環(huán)老化處理后，其內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量均保留在50%以上，具有良好的耐老化性能。以上研究表明，增強(qiáng)纖維的加入有效提高了稻殼板的性能，以采用夾層結(jié)構(gòu)加入增強(qiáng)纖維方式制備的稻殼板性能更為優(yōu)越。

表5 纖維增強(qiáng)稻殼板的物理力學(xué)性能

圖4 夾層結(jié)構(gòu)示意圖

3 稻殼聚合物基復(fù)合材料研究進(jìn)展

稻殼聚合物基復(fù)合材料，亦稱為稻塑復(fù)合材料[38]，是稻殼經(jīng)打碎制成稻殼粉，與熱塑性聚合物共混，通過(guò)擠出、模壓、注塑等成型工藝加工而成一種復(fù)合材料（圖5），兼具木質(zhì)纖維和塑料的優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于家居、船舶、汽車內(nèi)飾、戶外地板、建筑、包裝運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

圖5 實(shí)驗(yàn)室自制稻殼聚合物基復(fù)合材料試樣

3.1 復(fù)合材料主要性能研究進(jìn)展

稻殼聚合物基復(fù)合材料常用熱塑性聚合物基體有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)。目前，研究主要集中在稻殼與熱塑性基體配比對(duì)復(fù)合材料性能影響方面（表6）。彭思來(lái)[39]、姚雪霞[40]、張慶法[41]、任海洋等[42]研究表明，稻殼與PE或PP配比為60:40時(shí)，復(fù)合材料綜合性能最佳；靳玲[43]和唐婷等[44]研究則表明稻殼與PVC配比為20:100時(shí)，復(fù)合材料的硬度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均達(dá)到最大。姜良朋等[45]采用稻殼與高密度聚乙烯(HDPE)配比為100:100時(shí)，對(duì)制備的復(fù)合材料進(jìn)行模擬海水加速腐蝕試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)腐蝕后復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量和沖擊強(qiáng)度分別降低了12.95%、18.53%、25.15%、53.02%，且表觀色彩趨于變白、變黃和變綠。Mohamed等[46]用質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%的稻殼填充PP，研究復(fù)合材料的抗疲勞性能，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料拉伸過(guò)程中呈現(xiàn)粘彈性，拉 ～拉循環(huán)1000次后，釋放的能量值仍很穩(wěn)定。陳冬梅等[47]按照稻殼與PVC同等質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比，制備的復(fù)合材料具有較好的耐磨性，在相同磨損條件下，比磨損率達(dá)到最小，為6.96×10-5mm3/(N·m)。以上研究表明，當(dāng)?shù)練ず康蜁r(shí)，基體均能將稻殼很好包裹，稻殼對(duì)復(fù)合材料體系起到增強(qiáng)作用，復(fù)合材料性能相應(yīng)提高；而當(dāng)?shù)練ず枯^高時(shí)，稻殼則不能被基體完全包裹，加工過(guò)程中易于出現(xiàn)團(tuán)簇現(xiàn)象，導(dǎo)致復(fù)合材料產(chǎn)生應(yīng)力集中和缺陷，性能下降。

表6 稻殼聚合物基復(fù)合材料的性能

3.2 改性處理提高復(fù)合材料性能研究進(jìn)展

復(fù)合材料的性能對(duì)其后續(xù)推廣應(yīng)用有著重要的參考價(jià)值。目前，可通過(guò)改性處理方法來(lái)提高復(fù)合材料性能。常用改性方法有：添加偶聯(lián)劑、添加無(wú)機(jī)材料或有機(jī)材料以及稻殼改性處理。

稻殼分子結(jié)構(gòu)中含有大量具有極性和吸水性的羥基基團(tuán)，而熱塑性基體則具有弱極性和疏水性，兩者之間相容性較差，導(dǎo)致界面黏結(jié)力較小，影響復(fù)合材料的性能。偶聯(lián)劑是一種表面改性劑，能使材料獲得良好的表面質(zhì)量和物理力學(xué)性能[43]。蔡紅珍等[48]在稻殼與PE體系中加入硅烷偶聯(lián)劑，有效增大了稻殼與PE間的界面結(jié)合力，使得復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度顯著提高。Raghu等[49]研究了m-TMI-g-PP和MAPP兩種偶聯(lián)劑對(duì)稻殼/PP復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明：MAPP、m-TMI-g-PP偶聯(lián)劑有助于稻殼與PP基體間的有效耦合；當(dāng)?shù)練ず空?0%時(shí)，添加MAPP或m-TMI-g-PP的稻殼/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度分別提高了40%和52%，抗彎強(qiáng)度分別提高了43%和46%，拉伸彈性模量分別提高了74%和82%。王春紅等[50]在稻殼/回收塑料(PP)復(fù)合材料體系中加入偶聯(lián)劑后，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量、抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量分別提高了82.01%、414.66%、152.62%和436.99%。袁杰等[51]研究發(fā)現(xiàn)γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)偶聯(lián)劑的加入顯著提升了稻殼/PVC復(fù)合材料的硬度、拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量和耐磨性性能。以上研究表明，偶聯(lián)劑加入提高了稻殼在體系中的分散性，降低了基體的黏度，提高了稻殼與熱塑性基體之間的親和力和附著力，有效改善了稻殼和基體間的界面相容性，對(duì)提高復(fù)合材料綜合性能十分有利。

袁杰等[51]探索了玻璃纖維(GF)無(wú)機(jī)材料的加入對(duì)稻殼/PVC復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明：隨著GF含量的增加，稻殼/PVC復(fù)合材料的硬度和抗彎強(qiáng)度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。唐健鋒等[52]將改性劑納米CaCO3加入稻殼/PVC復(fù)合材料中，有效提升了復(fù)合材料的耐磨性能。王宣博等[53]研究了納米TiO2添加量對(duì)稻殼/PVC復(fù)合材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)：隨著納米TiO2含量的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能、防水性能和熱穩(wěn)定性呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，納米TiO2的添加量為1.0份時(shí)，材料的綜合性能最好。

Rahaman等[54]利用化學(xué)溶液對(duì)稻殼改性處理，結(jié)果表明：經(jīng)堿液處理后，制得的復(fù)合材料的吸水性顯著降低，稻殼含量為35%時(shí)，材料的性能最佳。葛鐵軍等[55]分別選用芥酸酰胺、十二苯磺酸和HY-3308對(duì)稻殼改性，發(fā)現(xiàn)改性后稻殼表面極性降低，疏水性提高，緩解了稻殼與基體間相互排斥作用，提高了稻塑復(fù)合材料的綜合性能。其中，經(jīng)十二苯磺酸改性的稻殼填充到低密度聚乙烯(LDPE)后，稻殼/LDPE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度分別提高了22.4%、331.0%和39.5%；經(jīng)芥酸酰胺改性的稻殼接觸角達(dá)到124.7°，在LDPE中分散程度最高，稻殼/LDPE復(fù)合材料的加工流變性能較為優(yōu)異。李文軍等[1]采用氫氧化鈉-氨基硅油對(duì)稻殼纖維進(jìn)行表面改性，改性后稻殼在PP加工溫度范圍內(nèi)的熱穩(wěn)定性得到顯著改善，稻殼含量為25%時(shí)，稻殼/PP復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高6.5%，吸水性下降24.9%。王磊等[56]采用水熱、微波、堿處理和苯甲?；瘜?duì)稻殼進(jìn)行預(yù)處理，研究不同預(yù)處理方法在模擬土壤老化條件下對(duì)稻殼/聚氯乙烯復(fù)合材料抗老化和熱學(xué)行為的影響。研究發(fā)現(xiàn)：4種預(yù)處理方法均提高了稻殼/聚乙烯復(fù)合材料抗老化和熱學(xué)性能，其中采用苯甲酰化預(yù)處理的效果最好，處理后材料的初始熱分解溫度提高了3.9%，線性熱膨脹系數(shù)下降了6.72%，24 h吸水率降低了55.6%，拉伸強(qiáng)度和硬度分別提高了103%和119%。以上研究表明，稻殼改性處理可降低其極性和親水性，提高稻殼與基體的界面強(qiáng)度。

4 稻殼水泥基復(fù)合材料研究進(jìn)展

稻殼水泥基復(fù)合材料以水泥為基體，稻殼為增強(qiáng)體，加入化學(xué)助劑及水經(jīng)復(fù)合工藝制備的復(fù)合材料（圖6），其開發(fā)基于水泥刨花板的研發(fā)，是一種性能優(yōu)良的綠色建筑材料，具有無(wú)毒無(wú)味、耐水防火、防蟲防霉、保溫節(jié)能以及生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

圖6 實(shí)驗(yàn)室自制稻殼水泥基復(fù)合材料試樣

4.1 復(fù)合材料性能影響因素研究進(jìn)展

水泥中添加稻殼能有效改善普通水泥的力學(xué)、抗?jié)B、抗凍、抗腐蝕性等性能。目前關(guān)于稻殼水泥基復(fù)合材料性能影響因素的研究主要集中在稻殼摻量、稻殼粒徑方面（表7）。研究表明：稻殼粒徑較小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了水泥對(duì)稻殼的包覆，有效降低了稻殼與水泥間存在的相斥性，稻殼在水泥基體中分散更均勻，復(fù)合材料的性能更均一穩(wěn)定。但隨著稻殼摻量的增加，復(fù)合材料的密度逐漸減小，保溫性能越來(lái)越好，材料的吸水性能卻增加，材料抗折強(qiáng)度則逐漸降低[12,57]。王春紅等[12]分別采用150、180、250 μm粒徑的稻殼以水泥質(zhì)量的3%、6%和9%摻入水泥基體中，發(fā)現(xiàn)稻殼粒徑為150 μm、摻入質(zhì)量比為3%時(shí)，復(fù)合材料性能達(dá)到最優(yōu)。Chabi等[58]將稻殼摻入CEM II B-LL 32.5 R型水泥中，制備的復(fù)合材料具有良好的剪切性能，與普通混凝土相比，其抗剪強(qiáng)度高達(dá)抗壓強(qiáng)度的27%，是一種經(jīng)濟(jì)理想的建筑非承力構(gòu)件托梁材料。王明江等[59]將稻殼水泥基復(fù)合材料作為輕質(zhì)墻體材料，研究發(fā)現(xiàn)：稻殼摻量在4%時(shí)，復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度達(dá)到12.7 MPa；采用表面噴水的預(yù)處理方式，陳化12 h復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度效果最好，而采用表面噴有機(jī)硅烷水溶液處理的方式，60℃烘干對(duì)提高復(fù)合材料的抗凍性效果最好。

表7 稻殼水泥基復(fù)合材料的物理力學(xué)性能

4.2 復(fù)合材料性能改善方法研究進(jìn)展

稻殼化學(xué)組分中纖維素和半纖維素含量有大量親水性羥基基團(tuán)，極易吸收水分，從而降低了水泥水化反應(yīng)中水分子含量，對(duì)水泥水化反應(yīng)造成阻礙，最終導(dǎo)致稻殼水泥基復(fù)合材料性能不太理想。目前，可通過(guò)稻殼改性和添加其他材料等方法來(lái)提高復(fù)合材料性能。韓福芹[60]、陳墨等[61]采用羧甲基纖維素與甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物(CMC-g-PMMA)對(duì)稻殼改性處理，處理后稻殼和水泥結(jié)合更為緊密，當(dāng)?shù)練ず繛?0%，CMC-g-PMMA添加量為1%時(shí)，材料的抗折強(qiáng)度和抗折彈性模量分別為未處理試樣的2.27和2.71倍，材料受凍融、干濕處理影響較小，耐久性和保溫性能較好。Pakravan[62]等在復(fù)合材料中加入聚乙烯醇(PVA)纖維，制備的復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度介于6.01 ～6.48 MPa之間，抗壓強(qiáng)度達(dá)到40M ～50 MPa。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

將廢棄物稻殼作為材料進(jìn)行利用，制備生物質(zhì)復(fù)合材料，既減少了對(duì)環(huán)境的污染，也實(shí)現(xiàn)了廢棄物的高值利用，拓展了生物質(zhì)復(fù)合材料的原料來(lái)源。目前，科研工作者在利用稻殼制備生物質(zhì)復(fù)合材料的研究和應(yīng)用上取得了一定的進(jìn)展，但大部分研究集中在稻殼生物質(zhì)復(fù)合材料的制備、稻殼改性處理以及改善稻殼和基體材料界面相容性方面，對(duì)如何最大限度發(fā)揮稻殼生物質(zhì)復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步推動(dòng)稻殼材料化利用的研究和應(yīng)用，仍需加強(qiáng)以下幾方面的工作。

（1）強(qiáng)化研究稻殼生物質(zhì)復(fù)合材料的復(fù)合機(jī)理，處理好稻殼與基體界面相容性問題，提出高效的界面和稻殼改性方法，以指導(dǎo)開發(fā)性能更加優(yōu)異的稻殼生物質(zhì)復(fù)合材料。

（2）利用先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化稻殼生物質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，深化稻殼生物質(zhì)復(fù)合材料功能多元化研究，開發(fā)更具特色性能的稻殼生物質(zhì)復(fù)合材料，拓寬其應(yīng)用范圍，創(chuàng)造更高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（3）加強(qiáng)稻殼生物質(zhì)復(fù)合材料宣傳和推廣，研發(fā)滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的工藝技術(shù)，進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。