溶解漿是一種高品質的紙漿產品,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,在柔性電子產品、包裝阻隔材料、超級電容器電極等諸多領域具有廣泛的應用價值。本文采用生物質精煉的理念,以我國西南地區(qū)常見的草類植物龍須草為原料生產溶解漿。首先通過稀硫酸輔助的預水解對龍須草進行處理,在160°C、0.2 wt%稀硫酸處理的優(yōu)化預處理條件下,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、結構和組成進行了分析。稀硫酸預處理糖液經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;再經過膜濃縮技術得到濃度為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,低于有關文獻數(shù)據(jù);該糖液經催化加氫轉化得到二醇的總轉化率高達63.7%,高出相關文獻中純的葡萄糖糖液轉化率14%。進一步采用亞硫酸銨(AS)和KOH處理龍須草纖維,優(yōu)化亞硫酸銨用量、反應時間、添加劑、液固比、AS與KOH處理先后順序等實驗因素,經過使用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,木質素的總脫除率可達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行表征,結果表明亞硫酸銨和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)的氧化氨化生產氮肥和鉀肥。通過漂白精制進一步純化龍須草纖維,經優(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,反應活性為53.8%,符合粘膠生產用溶解漿的質量要求,比普通商品溶解漿表現(xiàn)出更高的反應活性。通過IR、XRD、SEM、元素分析等表征對龍須草溶解漿的形貌、結構進行分析,可知溶解漿的結晶度高達76.7%,為現(xiàn)有文獻中龍須草纖維結晶度的最高值。采用上述溶解漿以及未經漂白處理的纖維,通過甲酸水解結合高壓均質法制得不同木質素含量的納米纖維素(CNF),再經抽濾法烘干得到纖維素納米紙。通過TEM、TG、拉力機測試等手段對CNF、納米紙的粒徑分布、熱穩(wěn)定性、機械強度進行測試,結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)越的機械性能(抗拉強度和韌性分別為254.8 MPa和19.5 MJm~(-3),遠高于普通納米紙),因而在膜法水處理技術領域具有潛在的應用價值。本文基于生物質精煉的理念采用廉價、清潔、高效的三步法處理應用于龍須草的制漿過程,不僅制得高反應活性的溶解漿,還得到木質素有機肥料和高附加值的二醇產品,而溶解漿和龍須草纖維還可進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,為實現(xiàn)生物質的三素分離與綜合利用提供了新途徑。
【學位單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TS74;TQ352.79
【部分圖文】：

基于生物質精煉的龍須草制漿過程及納米纖維素制備的研究糖結構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絡。天纖維素的一部分為不規(guī)則的纖維素無定形區(qū)域，無定形區(qū)與結晶區(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行。纖維素、纖維素物質的結晶度其消化率的重要的決定的因素，一般來說，相當可觀含量的纖維素以結晶態(tài)的式存在，結構緊湊，對化學和生物水解具有很強的抵抗力。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，具有結晶度的再生纖維素比具有較高結晶度的纖維素樣品顯示出更高的酶水解效率

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

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

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本文編號：2831450