木質素的分級分離及其性能研究畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 2 g，加入 g NaOH 固體， H2O2濃度分別為 0%、 %、 %、 %、 %、%、 %、 %、 %、 %、 %，總體積均為 40 mL，分別于 75℃ 下反應 3 h，以下各級分離均按此進行，實驗結果見圖 3。由圖 3 可知， H2O2濃度在 %時，木質素的得率最高。 H2O2濃度為 %時木質素的得率低是由于在反應過程中產生的氣泡冒出，導致產品流失，產量降 低。當 H2O2的濃度由 %升高到 %時，木質素的得率由 %降低到 %，下降率為 %。由圖 3 還可看出，當 H2O2的濃度大于 %時，木質素的得率變化平緩，基本無變化。因此 H2O2的濃度越低越有利于木質素的提取，這是由于 H2O2的作用是為了脫木質素和漂白，并可提高半纖維素的溶解度，對半纖維素起到增溶的作用。由此可見， H2O2 的濃度越高，越利于半纖維素的分離，但不利于木質素的分離。所以，在實際生產中， H2O2的濃度取 %較好。 05101520250 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5H 2 O 2 濃度（ % ）木質素得率（%） 圖 3 H2O2濃度對木質素得率的影響 溫度和反應時間對木質素的影響 在分級分離木質素的過程中，分別采用了 45℃ 反應 6 h和 75℃ 反應 3 h，但最終的產率卻是相差甚遠，前者木質素和半纖維素的得率分別為 %和 %，而后者木質素和半纖維素的得率在相同條件下達到了 21%和 %。所以，在分級分離的過程中最好 化學化工學院 08 屆本科畢業論文 8 采用 75℃ 反應 3 h進行分離，在此條件下不僅可以提高木質素的產率也可以提高半纖維素的產率。 在最終將 pH 調至低于 3 后的操作溫度也應在 60℃ 以上。這是因為在常溫下，木質素不易聚集，過濾時， 有一部分就會隨濾液流失，使得產率下降。高溫可使木質素聚集成一團疏松的物質，有利于木質素的分離，但是木質素的顏色較深 [15]。 因此，由 、 、 可知，分離木質素的較優條件為 %的 H2O 1%的NaOH，并在 75℃ 下反應 3 h，木質素的得率可達 21%。 木質素分級組分的得率與表觀特征 準確稱取原料 100 g，加入 2020 mL 80 %的乙醇、 4 g NaOH 固體于 75℃ 下反應 3 h，反應完畢后抽濾，沉淀進行干燥，干燥后稱重。然后在沉淀中按照 1:20 的固液比加入%的 H2O 2%的 NaOH 固體于 75℃ 下反應 3h，反應完畢后進行抽濾，沉淀干燥，此步重復三次。將脫脂濾液和 H2O2 處理的三次濾液分別進行濃縮，然后加入 6 mol/L的 HCl 調節 pH 至 以沉淀半纖維素，再加入 3 體積的無水乙醇，放置過夜。再次進行濃縮，濃縮后調 pH≤3，以沉淀木質素，各步所得木質素分別放置，實驗結果 見 圖 4。木質素 分級組分 及其附屬產品半纖維素、纖維素的得率與表觀特征見表 2。 5 . 7 58 . 0 34 . 9 41 . 0 12 0 . 70510152025Ⅰ級 Ⅱ級 Ⅲ級 Ⅳ級 總得率分離級數木質素得率（%） 圖 4 木質素 分級組分 的得率 由表 2 可知，木質素 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 的 色 度比 木質素 Ⅰ 的要 淺 ，這是 因 H2O2的 漂白作用 所致 ；加熱分離的木質素比不加熱的木質素顏色深，木質素 Ⅳ 除外。分級分離得到的半纖維素的分級產品顏色差別較小，只有半纖維素 Ⅳ 的顏色較深，呈現深灰色。半纖維素 Ⅱ 的得率最高，這是由于 H2O2 的增溶作用。纖維素在分級分離過程中，由于 H2O2的 漂白 作用顏色逐漸變淺 。 木質素、半纖維素、纖維素在分級分離過程中的顏色、形態 化學化工學院 08 屆本科畢業論文 9 特征及最終產品的顏色、形態特征 見附圖 2附圖 6。 表 2 分級組分的得率與表觀特征 分離級數 分級組分 木質素 半纖維素 纖維素 Ⅰ 級 得率較高，加酸后 75℃ 的條件下分離，顏色呈紅棕色，結構較致密 （ 抽濾時濾 液難以抽出 ） ，有酸味 得率為 %，顏色為灰色 總得率為 43%，顏色為淡黃綠色，風干易結塊 Ⅱ 級 得率最高，結構也比較致密，但是顏色呈現黃色 （ 加酸后沒有加熱 ） ，有酸味 得率為 %，顏色為灰色 Ⅲ 級 得率較低，加酸后在 75℃ 下處理，顏色也呈紅棕色，但是比 Ⅰ 級木質素的要淡些，有酸味 得率為 %，顏色為灰色 Ⅳ 級 得率最低，加熱的條件下呈淡黃色，有酸味 得率極低，顏色為深灰色 由木質素、半纖維和纖維素分級組分的得率與表觀特征的變化可以確定， 在實際生產中，一方面要盡量延長 脫脂時間，這樣可提高木質素的得率，而且用于脫脂的乙醇可以進行回收利用，降低生產成本；另一方面用 H2O2 處理的次數要適當，一般為三次，這是由于雖然在后面的分級處理中木質素的得率比較低，對木質素產率的影響不大，但是若減少次數，木質素中含有的雜質會比較多。若是采取此工藝條件進行分離半纖維素，可將 H2O2 次數減少為兩次。 木質素 分級分離 工藝對不同原料的適應性 稱取 20 g原料，均按 1:20 的固液比加入 %的 H2O2 400 mL、 NaOH 固體 8 g，在相同的條件下進行反應，結果 見 圖 5。由圖 5 可 以看出，竹子中木質素的得率最高，竹筍和竹筍殼的得率較低。在反應過程中，竹筍和竹筍殼的懸濁液很容易變成粘稠狀的物質，所以 H2O2的濃度、 NaOH 的濃度和反應溫度應降低，反應時間應盡量縮短。 H2O2和 NaOH 的濃度分別降低至 %和 1%，反應溫度為室溫，反應時間 30 min即可。這樣溶液的粘度不會太大，但木質素的得率隨之降低。這是因為這兩種物質木質化程度較低，木質素的含量較低，結構比較疏松，不易提取。 化學化工學院 08 屆本科畢業論文 10 2 0 . 73 . 5 2 . 94 4 . 1 16 0 . 15 5 . 31 5 . 4 1 6 . 31 4 . 8010203040506070竹子 竹筍 竹筍殼產物得率(%)木質素 纖維素 半纖維素 圖 5 不同原料中 木質素、半纖維素和纖維素 的得率 分級組分的紅外光譜特征 利用紅外吸 收光譜可以確定木質素中存在的各種功能基 團 及各種化學鍵，例如羰基、羥基、甲氧基、 CH 鍵和 CC 鍵等。根據木質素的化學結構，可以知道木質素的羰基主要存在于結構單元的側鏈上，其中一部分為醛基，大多數位于結構單元的 γ碳原子上；另一部分為酮基，多位于側鏈的 β碳原子上 [16,17]。按照 的優化條件 制備木質素分級組分 ，采用溴化鉀壓片法，測得脫脂 竹粉 和 木質素 分級產品的紅外光譜如圖 6圖 13 所示 ，木質素 分級產品 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的紅外光 譜 特征 分析 結果 見表 3。 謝 6464.27533.881036.591252.671382.461462.051510.691600.592923.523421.76 8 3 8 4 8 5 8 6 8 7 8 8 8 9 9 0 9 1 9 2 9 3 9 4 9 5 9 6 9 7 9 8 9 9%T 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 W a v e n u m b e r s ( c m 1 ) 圖 6 脫脂竹粉的紅外圖譜 化學化工學院 08 屆本科畢業論文 11 謝 1 4 661.43835.211029.981125.101225.601329.171422.081461.881508.951598.071696.572938.373413.13 6 2 6 4 6 6 6 8 7 0 7 2 7 4 7 6 7 8 8 0 8 2 8 4 8 6 8 8 9 0 9 2 9 4 9 6 9 8%T 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 W a v e n u m b e r s ( c m 1 ) 圖 7 %H2O 2%的 NaOH提取的木質素紅外光譜（未加熱） 謝 1 6 524.65834.091030.461125.241170.831218.891328.271422.241462.301512.971601.981673.162939.003406.43 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 5 8 08 5 9 0 9 5 1 0 0%T 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 W a v e n u m b e r s ( c m 1 ) 圖 8 %H2O 2%的 NaOH提取的木質素紅外光譜（已加熱） 謝 1 5 528.24833.301030.141124.941167.651226.121328.391422.021463.041513.231601.901705.782849.942924.343433.44 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 5 8 0 8 5 9 0 9 5 1 0 0%T 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 W a v e n u m b e r s ( c m 1 ) 圖 9 %H2O 2%的 NaOH提取的木質素 Ⅰ 紅外光譜（未加熱）