【摘要】：隨著能源需求日趨緊張,生物乙醇作為清潔環(huán)保的石油替代品必將成為一種能源發(fā)展的趨勢,酶解木質素是在生物質纖維素乙醇產業(yè)過程產生的量大面廣的副產物,對其進行改性,賦予其高值化利用,降低生物乙醇產業(yè)鏈的綜合成本,必然是延長生物質能源產業(yè)鏈的重要途徑。但由于生物質酶解過程的不完全性,酶解木質素往往夾雜了纖維素、半纖維素及其他糖類復合體,影響著其進一步化學改性反應活性和水溶性,因此要對其改性利用必須先進行預處理,而預處理后通過磺化反應接入磺酸基是賦予酶解木質素水溶性和優(yōu)良的表面物化性能和應用性能最基本的方法。水煤漿具有良好的流動性和穩(wěn)定性,像石油一樣可儲存、運輸,直接燃燒和氣化,可用于煤代油燃料或煤氣化,是我國煤化工領域重點發(fā)展方向之一。高制漿濃度的水煤漿具有燃燒值高、能耗低和優(yōu)良的流變性能等,而分散劑是影響水煤漿制漿濃度和性能的核心技術之一,因此,水煤漿技術急需要綠色環(huán)保、成本低、高性能的優(yōu)良分散劑。本研究選取纖維素生物乙醇殘渣酶解木質素(EHL)為原料,采用稀酸(DA)法及氫氧化鈉/尿素(NU)預處理技術對去除酶解木質素中的糖類等雜質,對其進行活化,并以磺甲基化反應制備磺甲基化酶解木質素(S-EHL)考察其反應活性。采用自動電位滴定儀、凝膠滲透色譜、紫外光譜、紅外光譜和流變儀等研究了預處理前后EHL中纖維素含量,主要官能團含量,結構特征,溶液黏度行為以及S-EHL的分子量和磺化度,初步揭示預處理除糖對EHL磺甲基化反應活性的影響;然后進一步采用接枝磺化反應制備酶解木質素系水煤漿高效分散劑(GSEHL),研究了磺化劑用量、反應液濃度、木質素加入量和環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)化對接枝磺化制備水煤漿高效分散劑的工藝影響,為制備酶解木質素系改性產品提供一種綠色的技術路線。利用稀酸法對酶解木質素進行了預處理活化,結果表明,經(jīng)稀酸預處理(預處理時間2 h,溫度為85℃,預處理液p H=2,固液比為1:10)后,EHL中的纖維素含量明顯降低,纖維素去除率達到22.15%,木質素純度為80.24%。紅外光譜、紫外光譜和官能團分析結果表明,稀酸預處理沒有破壞酶解木質素的主體結構,酚羥基含量由1.12 mmol/g提高到1.40 mmol/g,羧基含量由1.86 mmol/g提高到2.08 mmol/g。經(jīng)過稀酸處理后,S-EHL的磺化度從1.13 mmol/g增加到1.40 mmol/g,預處理對S-EHL分子量的影響不大明顯;流變儀和透射電鏡(TEM)結果表明,預處理后的酶解木質素在水溶液中的表面形貌變得疏松,聚集程度減弱。利用氫氧化鈉/尿素預處理法對酶解木質素進行了活化,結果表明,經(jīng)氫氧化鈉/尿素預處理后,EHL中的纖維素含量明顯降低,預處理溶液配比為8%Na OH+12%Urea在常溫下處理效果最為明顯,纖維素去除率為33.45%,木質素純度為84.03%。紅外光譜、紫外光譜及官能團分析結果表明,Na OH/Urea預處理沒有破壞酶解木質素的主體結構,羧基含量從1.98 mmol/g提高到2.26 mmol/g,酚羥基含量從1.12 mmol/g提高1.34 mmol/g;磺甲基化產物磺化度隨著Na OH的濃度先增高后降低,隨著預處理溫度升高而降低。經(jīng)最優(yōu)工藝(8%Na OH+12%Urea常溫下處理24h)處理后,磺化度從1.13 mmol/g增加到1.33 mmol/g;流變儀和透射電鏡(TEM)結果表明,預處理后能破壞纖維素與木質素的氫鍵作用,破壞了木質素與纖維素之間互相纏繞的結構,表面變得疏松,溶液黏度降低,聚集程度減弱。以稀酸預處理活化后的酶解木質素磺甲基化產物為原料,采用接枝磺化反應對其進行改性制備酶解木質素系水煤漿分散劑,并調節(jié)磺化劑的用量、反應液的濃度及酶解木質素的用量等工藝參數(shù)得到具有不同磺化度和分子量的產品,結果表明摻入具有中等磺化度和高分子量酶解木質素系分散劑(磺化度為2.20 mmol/g,重均分子量為26821 Da)的水煤漿的粘度最低到最優(yōu),在分散劑摻量為1.0%,制漿濃度為60%下,其表觀粘度為808 m Pa?s。進一步采用環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)反應提高中等磺化度(磺化度為2.26 mmol/g)接枝磺化產物的分子量,經(jīng)交聯(lián)反應后,產物的分子量由26821Da增大到41718 Da,交聯(lián)改性產物可使水煤漿的粘度降低到683.2 m Pa?s。
【圖文】：

華南理工大學碩士學位論文維素結構圖式[57]。纖維素和半纖維素都是多糖類大分子化了多糖外，甚至還有一些寡糖（即低聚糖[58]）存在。許多及半纖維素中的某些糖基通過化學鍵結合，形成木質素糖ydrate Complexes, LCCs），糖類與木質素之間存在化學結合纖維素與半纖維素之間也存在著氫鍵的結合方式，，這些木質解木質素中的活性官能團屏蔽掉，以及氫鍵作用的加強使得聚，降低了酶解木質素的化學反應活性。糖類雜質的存在會性，這導致酶解木質素只能用于燃料及高分子填料中，若要工業(yè)上的應用，必須要先對酶解木質素進行預處理把酶解木團有效暴露出來，同時提高酶解木質素的純度及水溶性。

第一章 緒論，物理法及生物法等。學法預處理素的化學法預處理主要是經(jīng)過一些化學反應提高其活性官能團的含量反應活性，如酚化反應[60]、脫甲基反應[61]、氧化反應[62]、還原反應[63]等素酚化反應主要發(fā)生在具有羥基、醚鍵、雙鍵等基團的苯丙單元側鏈 α 位酚化反應既可以在酸性也可以堿性條件下進行，反應過程如圖 1-7 所示
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ536;O636.2

【參考文獻】

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本文編號：2688099