稻壳增强环氧树脂复合材料的物理化学组成与形态分析：农业废弃物高值化利用的创新研究

本研究针对农业废弃物稻壳(RH)的低效利用问题，通过5%氢氧化钠(NaOH)碱处理改善纤维-基体界面结合力，采用手糊成型工艺制备了稻壳含量10-50 wt%的环氧树脂复合材料。通过SEM、FTIR和XRD表征证实，碱处理显著提升了纤维表面粗糙度和结晶度(从33.9%增至40.3%)，降低了复合材料孔隙率(TR5组空隙率3.49% vs UR5组6.31%)，为农业废弃物在环保材料领域的应用提供了新思路。

　　

每年全球产生约7.5亿吨农业废弃物，稻壳占稻米产量的20%，传统焚烧处理导致严重环境问题。印度哈里亚纳邦的稻壳堆积引发健康安全隐患，而现有复合材料中稻壳添加量低(<10%)时力学性能欠佳。科罗拉多州立大学与印度Guru Jambheshwar科技大学的研究团队创新性地将哈里亚纳邦汉西地区稻壳作为主要增强体(10-50 wt%)，通过碱处理改性开发高性能环氧复合材料，相关成果发表于《Oxford Open Materials Science》。

研究采用四大关键技术：1) 稻壳纤维的0.5N NaOH碱处理(1:25 w/w，2小时)去除木质素和半纤维素；2) 手糊成型工艺制备复合材料，固化压力0.619 N/m²；3) Van Soest法测定纤维化学成分(纤维素36.5%，木质素19.3%)；4) 联合SEM-EDX、FTIR(500-4000 cm^-1)和XRD(5-50° 2θ)进行多尺度表征。

<化学组成分析>
通过酸/中性洗涤剂法测定稻壳含23.5%半纤维素、20.7%二氧化硅(SiO₂)，经500°C煅烧后灰分达18.7%，与印度尼西亚稻壳数据可比性良好。

<密度与孔隙率>
理论密度(ρ_ct)计算显示，50 wt%未处理组(UR5)实测密度1.143 g/cm³较理论值低6.31%，而碱处理组(TR5)孔隙率降至3.49%，证实NaOH处理改善纤维-树脂浸润性。

纤维素(002)晶面衍射峰(22-22.5° 2θ)显示，碱处理使结晶度指数提升18.9%，归因于非晶区木质素溶解和微纤丝重排。

未处理稻壳表面光滑(图5a)，碱处理后呈现微纤丝裸露的粗糙形貌(图5b)；EDX显示钠(Na)含量从0.21%增至3.68%，证实NaOH官能化成功。

1730 cm^-1处半纤维素羰基峰消失(图8)，3382 cm^-1处羟基峰红移43 cm^-1，表明纤维素-OH参与界面化学反应。

该研究证实碱处理使稻壳复合材料密度提升3.8%、孔隙率降低44.7%，结晶度改善增强界面应力传递。通过将农业废弃物转化为高附加值材料，不仅减少温室气体排放，还为印度等农业大国提供了一条"绿色制造"新路径，符合全球可持续发展目标。