發(fā)布時(shí)間：2020-10-01 05:26

　　 溶解漿是一種高品質(zhì)的紙漿產(chǎn)品,具有高纖維素含量(90%),低半纖維素含量(4%)和少量的灰分和抽提物,可用于生產(chǎn)紡織品、纖維素醚、高檔紙品、玻璃紙和納米纖維素材料等。納米紙是由納米纖維素通過干燥等方式除去溶劑自組裝而得,在柔性電子產(chǎn)品、包裝阻隔材料、超級電容器電極等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本文采用生物質(zhì)精煉的理念,以我國西南地區(qū)常見的草類植物龍須草為原料生產(chǎn)溶解漿。首先通過稀硫酸輔助的預(yù)水解對龍須草進(jìn)行處理,在160°C、0.2 wt%稀硫酸處理的優(yōu)化預(yù)處理?xiàng)l件下,纖維素收率為70.4%,半纖維素去除率為89.5%。采用IR、XRD、SEM、元素分析等表征手段對稀硫酸處理后龍須草纖維形貌、結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了分析。稀硫酸預(yù)處理糖液經(jīng)過西格瑪類的漆酶脫毒去除70%的酚類;通過電滲析純化,去除90%糠醛抑制物;再經(jīng)過膜濃縮技術(shù)得到濃度為21.84g/L的高純木糖糖液,其中酚類、糠醛等抑制物的含量約0.79 g/L,低于有關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù);該糖液經(jīng)催化加氫轉(zhuǎn)化得到二醇的總轉(zhuǎn)化率高達(dá)63.7%,高出相關(guān)文獻(xiàn)中純的葡萄糖糖液轉(zhuǎn)化率14%。進(jìn)一步采用亞硫酸銨(AS)和KOH處理龍須草纖維,優(yōu)化亞硫酸銨用量、反應(yīng)時(shí)間、添加劑、液固比、AS與KOH處理先后順序等實(shí)驗(yàn)因素,經(jīng)過使用30wt%的AS在液固比為8的條件下160°C處理2.5 h,再使用6 wt%KOH在液固比為6的條件下140°C處理2 h,木質(zhì)素的總脫除率可達(dá)91.7%。采用IR、XRD、SEM、SEM-EDS、元素分析等表征手段對處理后的纖維固體和黑液分別進(jìn)行表征,結(jié)果表明亞硫酸銨和KOH處理后的黑液中含有大量的C、O、N、S、K等元素,而幾乎不含Cr、Hg、Pb等重金屬鹽離子,充分證明該龍須草木素黑液可以通過后續(xù)的氧化氨化生產(chǎn)氮肥和鉀肥。通過漂白精制進(jìn)一步純化龍須草纖維,經(jīng)優(yōu)化纖維素純化工藝后,所得溶解漿中α-纖維素含量為92.2%,聚合度為544,反應(yīng)活性為53.8%,符合粘膠生產(chǎn)用溶解漿的質(zhì)量要求,比普通商品溶解漿表現(xiàn)出更高的反應(yīng)活性。通過IR、XRD、SEM、元素分析等表征對龍須草溶解漿的形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,可知溶解漿的結(jié)晶度高達(dá)76.7%,為現(xiàn)有文獻(xiàn)中龍須草纖維結(jié)晶度的最高值。采用上述溶解漿以及未經(jīng)漂白處理的纖維,通過甲酸水解結(jié)合高壓均質(zhì)法制得不同木質(zhì)素含量的納米纖維素(CNF),再經(jīng)抽濾法烘干得到纖維素納米紙。通過TEM、TG、拉力機(jī)測試等手段對CNF、納米紙的粒徑分布、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行測試,結(jié)果證明制備的龍須草纖維素納米紙具有較高的熱穩(wěn)定性、優(yōu)越的機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度和韌性分別為254.8 MPa和19.5 MJm~(-3),遠(yuǎn)高于普通納米紙),因而在膜法水處理技術(shù)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本文基于生物質(zhì)精煉的理念采用廉價(jià)、清潔、高效的三步法處理應(yīng)用于龍須草的制漿過程,不僅制得高反應(yīng)活性的溶解漿,還得到木質(zhì)素有機(jī)肥料和高附加值的二醇產(chǎn)品,而溶解漿和龍須草纖維還可進(jìn)一步制備納米纖維素和性能優(yōu)異的納米紙,從而建立了龍須草各組分綜合利用的中試級工藝平臺,為實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的三素分離與綜合利用提供了新途徑。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TS74;TQ352.79
【部分圖文】：

基于生物質(zhì)精煉的龍須草制漿過程及納米纖維素制備的研究糖結(jié)構(gòu)沿纖維素骨架存在大量的羥基，因此可以形成羥基有序的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。天纖維素的一部分為不規(guī)則的纖維素?zé)o定形區(qū)域，無定形區(qū)與結(jié)晶區(qū)域交替連接8]。對于全麥作物而言，另一種值得高度關(guān)注的葡聚糖組成的化合物是淀粉，它植物中主要的儲備多糖。在淀粉中，脫水葡萄糖單元通過糖苷鍵連接，容易發(fā)斷裂，因此水解可以在相對溫和的條件下進(jìn)行。纖維素、纖維素物質(zhì)的結(jié)晶度其消化率的重要的決定的因素，一般來說，相當(dāng)可觀含量的纖維素以結(jié)晶態(tài)的式存在，結(jié)構(gòu)緊湊，對化學(xué)和生物水解具有很強(qiáng)的抵抗力。由于纖維素酶(3-18nm)的粒徑極小，因此纖維素酶僅可以從表面消化纖維晶體，導(dǎo)致酶水解率相對較低。無定形纖維素可以非常容易地被酶水解，具有結(jié)晶度的再生纖維素比具有較高結(jié)晶度的纖維素樣品顯示出更高的酶水解效率

圖 1-2 半纖維素結(jié)構(gòu)Fig. 1-2 The structure of hemicellulose基本結(jié)構(gòu)中富含苯丙烷組成的復(fù)合芳族聚合物單元，如圖 25-39%和硬木干重的 17-32%。軟木木質(zhì)素主要由愈創(chuàng)木素在硬木類植物中的存在結(jié)構(gòu)形式包括丁香基單元和愈創(chuàng)胞壁組分連接在一起，使木質(zhì)纖維素生物質(zhì)具有結(jié)構(gòu)的完疏水性，而且難降解以及含有多酚類化學(xué)物質(zhì)的特性，它中和對植物的化學(xué)品利用方面起著特殊的作用。

圖 1-2 半纖維素結(jié)構(gòu)Fig. 1-2 The structure of hemicellulose構(gòu)中富含苯丙烷組成的復(fù)合芳族聚合物單元%和硬木干重的 17-32%。軟木木質(zhì)素主要由木類植物中的存在結(jié)構(gòu)形式包括丁香基單元分連接在一起，使木質(zhì)纖維素生物質(zhì)具有結(jié)，而且難降解以及含有多酚類化學(xué)物質(zhì)的特植物的化學(xué)品利用方面起著特殊的作用。

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