为了深入认识竹材细胞壁的精细结构, 揭示竹材细胞壁的独特构造, 首次应用纳米红外技术（AFM-IR）研究竹材纤维细胞壁的化学成分及其分布, 探讨纳米红外技术在竹材细胞壁化学物质分布的研究方法。 结果表明, 利用纳米红外技术可以实现原位状态下对竹材纤维细胞壁的化学组成进行分析, 突破了传统红外光谱技术的衍射极限, 获得纳米级的红外光谱; 纳米红外技术采集的光谱与显微红外技术相比, 谱峰位置基本相同, 能正确反映竹材细胞壁的化学信息; 纳米红外技术是竹材细胞壁化学成分纳米分布的有效研究方法。

竹材中纤维素聚集态结构的不同, 将直接影响到竹纤维复合材料性能, 对于竹材纤维素晶胞单元的认识主要基于Meyer-Misch模型, 由于天然纤维素的同质异构体, 在每种植物中存在比例不同, 所以竹材中纤维素应有其特有的晶胞模型。 以毛竹（Phyllostachys edulis (carriere) J. Houz）为研究对象, 通过同步辐射广角X射线散射技术对毛竹纤维素晶胞模型进行研究, 利用单斜晶系晶面间距公式与毛竹纤维素衍射峰, 精确计算晶胞模型。 结果显示, 若以b轴为纤维轴的单斜晶系纤维素单元, 则晶胞参数为: a=8.35 , b=10.38 , c=8.02 , β=84.99°, 该晶胞包含四个葡萄糖基, 由两条反向平行分子链构成。 研究结果可为开发制作高性能竹纤维复合材料等高附加值应用提供理论依据。

木材细胞壁的改性机理研究是改良木材处理试剂, 优化木材处理工艺, 提高木材密度、 力学、 尺寸稳定性等各项性能的关键。 以人工林杉木为研究对象, 采用合成的水溶性低分子量酚醛树脂(PF)对杉木试材进行逐步的真空加压浸渍处理, 通过高精度、 高分辨的X射线衍射仪(XRD)、 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和核磁共振仪(NMR)(采用交叉极化/魔角旋转法进行连续测试)对处理和对照试样的相关物理和化学性能进行了对比分析, 研究结果表明: 水溶性低分子量PF处理后, 试样的结晶度与未处理的对照样相比, 数值降低明显, 平均降低率分别为12.67%, 11.91%和6.26%。 结合FTIR和NMR 13C的检测谱图发现, 水溶性低分子量PF改性后的杉木与对照杉木相比, 没有增加新的酯类、 醚类等官能团特征峰和化学位移, 认为水溶性低分子量PF不能与杉木发生明显的化学反应, 但会进入到结构较松散、 空隙尺寸较大、 相对面积较多的管胞细胞壁中的非结晶区, 形成物理性的充填, 最终引起杉木相对结晶度的降低。 本研究对于研发新型木材改性试剂、 优化木材改性处理工艺具有重要的参考价值, 研究结果还将为进一步探明木材细胞壁的改性机制、 丰富木材细胞壁的改性理论提供重要的依据。

在采用光学显微镜及共聚焦激光显微镜对杉木春季枝条的显微结构及其细胞壁木质素定性测量的基础上， 首次在国内应用紫外显微分光光度计对其细胞壁木质素微区含量分布进行了原位测定。 结果表明： 杉木枝条木材管胞细胞壁木质素在不同微区部位含量分布呈不均一性， 其浓度大小依次为细胞角隅胞间层、 复合胞间层和次生壁,吸光度均值分别为0.489,0.307和0.278。 杉木枝条其木质素定量测定与其定性观察结果是相一致的。 为国内测量木材细胞壁木质素微区含量分布提供了新的测量方法。

利用X射线衍射仪, 对γ射线辐照处理前后的竹材进行X射线光谱分析, 得出竹材结晶度和微纤丝角在辐照过程中的变化规律。 随着辐照剂量的增加, 竹材纤维素结晶度呈现先升高后降低的趋势, 微纤丝角变化不明显, 表明微纤丝角不是影响辐照过程中竹材物理、 力学性能变化的主要因子。

利用核磁共振波谱仪和X射线衍射仪, 对γ射线辐照处理前后的竹材进行CP/MAS 13C-NMR图谱、 XRD光谱分析, 得出竹材细胞壁主要化学组分在辐照过程中结构和性质的变化规律。 随着辐照剂量升高, 竹材纤维素结晶度呈现先升高后降低的趋势, 半纤维素发生降解, 木质素由非酚型向酚型转变。

运用光学显微镜和可见光显微分光光度计以及组织化学染色对毛竹发育过程中的木质素微区分布进行了研究. 木质素在各组织中均有分布, 其含量因竹龄, 组织及细胞壁微区不同而有差异. 细胞壁各微区中存在愈创木基(G)和紫丁香基(S)两种木质素组成单元. 纤维次生壁, 细胞角隅区和复合胞间层的木质素含量12个月内逐渐增加, 而后变化较小, 但是各微区的木质化速率因竹龄变化而变化. 同一竹龄竹壁径向和纤维帽不同位置的木质素含量未有明显的规律性变化. 薄壁组织次生壁, 胞间层以及导管次生壁在12个月内木质化程度不断加强, 而后变化较小.

以我国特有的黄藤为研究对象, 应用60Co产生的高能γ射线对黄藤材进行辐照处理, 通过X射线衍射法测定γ射线辐照前后纤维素中晶体尺寸、 分析其变化规律, 探寻晶体尺寸与物理力学性质间关系, 提高我国棕榈藤资源高附加值加工利用水平。 结果表明: 晶体宽度在1.901～3.019 nm范围内变化, 平均宽度为2.403 nm； 晶体长度在4.118～28.824 nm范围内变化, 平均长度为10.907 nm。 辐照处理后黄藤材晶体宽度在2.139～3.540 nm范围内变化, 平均值为2.569 nm； 晶体长度在5.765～38.432 nm范围内剧烈变化, 平均值为15.530 nm。 辐照处理后晶体宽度和长度变化范围和平均值均增大。

为了解棕榈藤材基本材性、 提高我国棕榈藤资源高附加值加工利用水平, 以我国特有的黄藤为研究对象, 应用X射线衍射法测定黄藤材微纤丝角、 结晶度, 并就γ射线辐照处理对微纤丝角、 结晶度有何影响进行了分析。 结果表明: 纤维微纤丝角在33.4°～38.7°范围内, 平均为36.1°; 藤皮处微纤丝角不比藤芯处的大。 当标准剂量率为2.5×103 Gy·h－１、 辐射剂量分别为3, 9和15 kGy三个水平时, 辐照处理前后对应微纤丝角分别为36.2°和35.8°, 35.9°和35.4°, 36.2°和35.4°, 较处理前分别减小了1.10%, 1.39%和2.21%。 纤维素结晶度在24.8%～32.0%范围内, 平均为28.6%, 藤皮处结晶度均比藤芯处高。 辐照处理前后对应结晶度分别为28.1%和26.0%, 28.1%和26.9%, 28.5%和27.1%, 较处理前分别减小了7.58%, 4.34%和4.70%, 其中当辐射剂量为3 kGy时, 辐照导致结晶度差异在0.001水平上极显著。

金属元素,特别是重金属元素是造纸污泥资源化利用需要考虑的因素。 采用ICP-AES法测定安徽山鹰纸业2种造纸污泥,福建青山纸业1种造纸污泥,福建中竹纸业1种造纸污泥的17种金属元素。 结果显示,4种造纸污泥都含有不同量的金属元素,其中Al和Ca的含量最大,既有毒性较大的重金属,如Cr,也有过量才具有毒性的金属,如Fe,还有对植物生长有益的P和K等。 福建中竹纸业污泥各元素的回收率为94.4%-107.3%。 重金属元素含量低于国家标准GB/4284—84《农用污泥中污染物控制标准》。 重金属含量的顺序为,福建中竹纸业<福建青山纸业污泥<安徽山鹰纸业污泥。 此测定结果可为造纸污泥的资源化利用,尤其是土地利用和肥料利用提供重要的理论参考。