【摘要】：我國屬于農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)秸稈資源豐富,據(jù)統(tǒng)計我國每年的秸稈產(chǎn)量為9.84×10~8 t。因此,發(fā)展以秸稈為原料的生物質(zhì)精煉不僅可以使秸稈資源得到充分利用,而且還可以極大地緩解由秸稈焚燒所造成的環(huán)境污染問題。目前的秸稈生物質(zhì)精煉亟需一種清潔高效的組分分離技術(shù),而乙醇溶劑在生物質(zhì)秸稈資源的清潔分離上具有廣闊的前景。因此本課題以麥草為原料,通過引入催化劑和分級分離來解決乙醇溶劑法木素和半纖維素脫除效率低的問題,從而提高麥草組分的分離效果,實(shí)現(xiàn)組分的高效分離。主要研究如下:首先,對無催化條件下和CH_3COOH、MgCl_2、H_3PO_4和H_2SO_4催化條件下的麥草三大組分的分離效果進(jìn)行研究,并對其分離后的粗纖維素和乙醇木素的形態(tài)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,然后利用掃描電鏡和拉曼光譜成像對其分離過程中木素的溶出途徑和機(jī)理進(jìn)行探究。結(jié)果表明,在相同條件下,當(dāng)H_3PO_4的濃度為0.02 mol/L時,其三大組分分離效果最佳,粗纖維素的得率為40.53%,木素和半纖維素的脫除率分別為80.99%和69.90%;在分離過程中,通過觀察可以得到木素通過秸稈的表面和截面同時向外滲出,并且以顆粒狀沉積在其纖維的表面;細(xì)胞角隅和胞間層的木素在乙醇溶劑的作用下,其木素濃度有明顯的下降;不同催化劑的添加對乙醇木素官能團(tuán)結(jié)構(gòu)并沒有顯著的影響;不同催化條件下粗纖維素的晶型不會發(fā)生改變,H_3PO_4催化所得粗纖維素的結(jié)晶度最大,為61.50%。其次,在上述基礎(chǔ)上,引入H_2O_2組成雙組分催化體系。對比雙組分催化體系CH_3COOH/H_2O_2、MgCl_2/H_2O_2和H_3PO_4/H_2O_2對麥草組分的分離效果�？梢缘玫�,H_3PO_4/H_2O_2催化效果最好,粗纖維素的得率為44.73%,木素和半纖維素的脫除率分別為88.64%和68.99%;與單一H_3PO_4催化相比,木素脫除率提高了9.45%,半纖維素的脫除保持在一個較高的水平。采用響應(yīng)面法對H_3PO_4/H_2O_2催化條件下麥草木素分離效果進(jìn)行優(yōu)化�？梢缘玫�,當(dāng)溫度190°C、時間70 min、乙醇濃度60%和固液比1:12時,所得麥草木素的最大脫除率為97.33%。最后,對麥草組分水熱-乙醇耦合的定向分離工藝進(jìn)行了初步的研究,利用水熱法優(yōu)先去除麥草中的半纖維素組分,然后使用CH_3COOH催化的乙醇溶劑分離纖維素和木素組分。通過單獨(dú)乙醇溶劑和水熱-乙醇溶劑耦合兩種分離方式在分離效果、木素遷移和在纖維沉積規(guī)律、分離產(chǎn)物的形態(tài)和結(jié)構(gòu)等方面的對比研究�？梢缘玫�,兩種處理方式均能使麥草纖維解離;雖然水熱-乙醇溶劑耦合分離大大提高了半纖維素的脫除效果,從49.10%增加到92.20%,但是其木素的脫除率有明顯的下降,從83.30%減少到37.10%;通過掃描電鏡和原子力顯微鏡的觀察發(fā)現(xiàn),單獨(dú)乙醇溶劑分離所得粗纖維表面的木素以顆粒狀富集,而水熱-乙醇溶劑分離所得粗纖維表面的木素呈片狀包覆在其表面,這是因?yàn)樗疅崽幚磉^程使木素向表面遷移并以顆粒狀沉積在纖維的表面,后續(xù)的乙醇溶劑處理不能有效的脫除這一部分的木素,而是木素熔融后以片狀包覆在纖維的表面,從而造成乙醇木素得率偏低,木素在表面的片狀包覆也造成了其所得粗纖維表面孔隙的堵塞,從而使其比表面積下降;兩種分離方式下粗纖維素的晶型并沒有發(fā)生變化,均為I型;所得乙醇木素的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)基本一致,沒有發(fā)生顯著變化。綜上,通過引入催化劑可以顯著提高麥草木素和半纖維素的脫除效果,有利于麥草生物質(zhì)的解離,有效的提升乙醇溶劑的分離效率,對木質(zhì)纖維生物質(zhì)的高值化利用具有積極的意義。
【圖文】：

催化增強(qiáng)麥草組分乙醇溶劑法分離效率的研究表層下，由纖維細(xì)胞連接而成的纖維組織帶，也稱為機(jī)械組織，其中嵌有管束。該區(qū)域組織緊密，纖維細(xì)胞壁厚，細(xì)胞腔小，藥液流通較為困難�；颈”诮M織組織在莖桿結(jié)構(gòu)中占有極大的比例，基本薄壁組織的功能與植物的營養(yǎng)有原料。維管束稈的橫切面上可以清楚地看到散布在基本薄壁組織中的花朵狀維管束。維部和韌皮部組組成的束狀維管組織系統(tǒng)。

陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，麥草秸稈具有多尺度，多組分的復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu)。麥草莖稈結(jié)構(gòu)具有天材料，從圓柱狀的、直徑在 20~400μm 之間的導(dǎo)管胞腔，到細(xì)胞角隅、胞狀的紋孔，再到不規(guī)則裂縫狀的、直徑在 1~10 nm 之間的細(xì)胞壁大分子草結(jié)構(gòu)多尺度孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[20]。因此，，“生物質(zhì)抗?jié)B流屏障”的概念即生物傳質(zhì)的阻力[21]。它體現(xiàn)了生物質(zhì)的降解是動態(tài)的過程，且生物質(zhì)具有多孔相應(yīng)的傳質(zhì)特點(diǎn)。胞壁中主要組分及存在形式
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK6;TQ914.3

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本文編號：2704296