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吉林大学博士学位论文
1.1.2 稻壳及稻壳灰的特点
1.1.2.1 稻壳及稻壳灰的组成与特点
稻壳是一种木质纤维素原料，约含 20%的木质素，40%左右的纤维素、20%左右的五碳糖聚合物（主要为半纤维素），另外，约含 20%灰分及少量粗蛋白、 粗脂肪等有机化物。稻壳含有的二氧化硅以网络状分布其中，起着骨架作用，木质素。纤维素等填充在网络中。稻壳灰主要由二氧化硅和碳两种物质组成，根据稻壳燃烧的程度不同，其含碳量也不同。另外，稻壳灰中还含有 CaO、Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、Na2O等金属氧化物。X 射线衍射谱图表明，稻壳灰中没有任何晶态的二氧化硅的衍射峰出现，表明燃烧后的稻壳灰中二氧化硅保持无定型状态不变。同时，稻壳灰富含硅和碳的特点，令其在应用上有着广泛的前景。
1.1.2.2 稻壳及稻壳灰的结构与形貌
稻壳由内颖及较大的外颖组成，内外通过两个钩状结构彼此连接。稻壳长5-10mm、宽 205-5mm、厚 25-30μm，其色泽呈稻黄色、金黄色、黄褐色及红棕色等。其结构如图 1.1 所示。
图 1.1 稻壳形貌结构图
Fig.1.1 The structure of rice husk: (A) the appereance of rice husk; (B) the outside surface
of rice husk; (C) the side surface of rice husk; (D) the inside surface of rice husk
2稻壳及稻壳灰的特点
稻壳灰的主要组成为非晶态的 SiO2，其原子排列的基本结构是很清楚的，即 Si 原子处于四个 O 原了组成的正四面体中心，构成结构单元 Si044-四面体。大量的研究表明，RHA 的比表面积很大，随加工条件不同，其 N2吸附比表面积在( 50－100) m2/ g 之间。因此，很多研究均认为 RHA 是多孔性火山灰材料。
以往对 RHA 进行的 SEM 研究，只报道过 RHA 中含有大量微米尺度(1－10μm)的空隙。仔细研究，这种尺度的孔隙不足以说明 RHA 为何具有如此巨大的比表面积（硅灰的平均粒径为 0. 1－0. 2μm，其比表面积才 20m2/ g 左右）。因此从理论上推测，RHA 存在大量小于 0. 1μm 的微孔。暨南大学理工学院的欧阳东等人采用 SEM，TEM 及选区电了衍射(SAD)技术对其显微结构分二个层次进行了研究。 该研究发现稻壳灰是由纳米尺度的 SiO2凝胶粒子（约 50nm）疏松地粘聚而成。稻壳灰结构中除了以往报道的微米尺度的蜂窝孔（约 10μm）外，还含有大量由 SiO2凝胶粒子非紧密粘聚而形成的纳米尺度孔隙（<50nm），如图 1.2所示。纳米尺度的 SiO2粒子和纳米尺度的大量孔隙是稻壳灰具有较大的比表面积(50－100m2/g)和超高火山灰活性的根本原因。
图 1.2 稻壳灰结构三层结构模型
Fig.1.2 Three hierarchial model of the microstructure of rice husk ash
1.1.2.3 稻壳及稻壳灰的物理性质
稻壳占稻谷重量的 18-20%，稻壳的容重为 0.1t/m3，捣实后可达 0.16t/m3；堆积密度为 96－160 Kg/m3，粉碎后可达 384－400Kg/m3；稻壳的休止角为 42o；稻壳燃烧时，其燃烧热值为 12.6-16.8MJ/Kg。稻壳燃烧剩下的稻壳灰一般为稻壳质量的 20%，稻壳灰的主要成分是二氧化硅，含量高达 60%－97%。稻壳灰的容重为 200－400 kg/m3，相对密度为 2.14。稻壳灰具有较大的比表面积，通常为 50－60 m2/g，有时可高达 100 m2/g。