【摘要】：新世紀(jì)以來,能源安全和環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻,現(xiàn)已成為制約可持續(xù)發(fā)展的焦點(diǎn)問題。生物質(zhì)能源因其可再生性成為化石燃料的理想替代品。其中,木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化燃料乙醇是生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化的主要方向之一,為了提高酶解糖化效率,對木質(zhì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理很有必要。本文以澳洲輻射松為原料,磨粉后進(jìn)行NaOH堿性預(yù)處理,分析預(yù)處理前后試樣的化學(xué)組分,分別采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)、紅外光譜(FTIR)、核磁共振磷譜(~(31)P-NMR)、熱重分析(TGA)等技術(shù)手段對試樣的微觀結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)及熱學(xué)性能進(jìn)行分析表征。采用兩種方法計(jì)算試樣的分形維數(shù):結(jié)合孔結(jié)構(gòu)分析結(jié)果,基于FHH模型計(jì)算不同條件下松木的分形維數(shù);基于SEM圖像,采用Matlab編程軟件進(jìn)行圖像處理,利用計(jì)盒維數(shù)法計(jì)算不同試樣的分形維數(shù)�；谏鲜鼋Y(jié)果,探討預(yù)處理前后輻射松試樣的分維值與化學(xué)組分及結(jié)構(gòu)特性參數(shù)的變化規(guī)律,將木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)與分形維數(shù)相聯(lián)系,最終構(gòu)建結(jié)構(gòu)分形模型。木粉經(jīng)NaOH堿預(yù)處理后,半纖維素及總木素含量明顯下降,在本研究的實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi),半纖維素含量最高降低19.66%,木素脫除率最高23.96%。XRD結(jié)果顯示,隨著預(yù)處理溫度的升高,試樣的相對結(jié)晶度最高(由原料的38.89%增加到57.73%),這主要由預(yù)處理過程中大量非結(jié)晶區(qū)組分(半纖維素和木質(zhì)素)被破壞脫除。FTIR結(jié)果顯示,堿處理后在不同波數(shù)處的特征吸收峰均有不同程度的增強(qiáng)和減弱,部分官能團(tuán)如羥基、酯鍵等均發(fā)生斷裂,松木結(jié)構(gòu)受到一定程度的破壞,脫除了一部分木質(zhì)素及其它無定形組分。定量~(31)P-NMR結(jié)果顯示,預(yù)處理后試樣的各類酚羥基含量均有不同程度的增加。預(yù)處理前后試樣的TG-DTG結(jié)果顯示,預(yù)處理后試樣在整個(gè)熱解過程中的失重率總是低于原料松木粉的失重率。其他預(yù)處理?xiàng)l件相同時(shí),溫度由140°C升高至170°C,預(yù)處理后木粉的BET比表面積隨溫度的升高而增大。預(yù)處理后大孔比例減少,介孔和小孔比例增加,且大孔比例隨溫度的升高而逐漸增加,介孔和小孔比例則呈下降趨勢。堿預(yù)處理后,輻射松木粉的分形維數(shù)增加,且在本研究所用溫度范圍內(nèi),分形維數(shù)隨溫度的升高基本呈現(xiàn)增加趨勢。比較分維的兩種不同計(jì)算方法,發(fā)現(xiàn)FHH分維與數(shù)字圖像法分維呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律,不同之處在于,FHH分維反映三維分形特征,介于2~3之間,計(jì)盒維數(shù)法反映圖像的二維分形特征,介于1~2之間。試樣兩種不同的分形維數(shù)與三大組分(纖維素、半纖維素及木質(zhì)素)含量、纖維素結(jié)晶度、木素酚型/非酚型比及縮合/非縮合木素比之間都存在一定的相關(guān)性�；趫D像處理法所構(gòu)建的結(jié)構(gòu)分形模型,方程中木素的系數(shù)k_2絕對值最大,即木素縮合/非縮合比對分維的影響最顯著,其次為半纖維素,故木質(zhì)素結(jié)構(gòu)對試樣的結(jié)構(gòu)分維起主要作用,其它參數(shù)的影響次之�；诳捉Y(jié)構(gòu)FHH分維的結(jié)構(gòu)模型顯示,比較針葉木單獨(dú)建模與針葉木、闊葉木綜合建模,方程中系數(shù)的正負(fù)不一致,各因素的變化趨勢不同,針葉木建模中木質(zhì)素酚型/非酚型比k_1對結(jié)構(gòu)分維的影響最顯著,而綜合建模后纖維素含量對結(jié)構(gòu)分維的影響最顯著,這與建模原料或預(yù)處理方式的不同有關(guān)。
【圖文】：

圖 1-1 2016 年中國生物燃料乙醇企業(yè)分布Fig. 1-1 Distribution of biofuel ethanol enterprises in China in 2016維素轉(zhuǎn)化燃料乙醇化燃料乙醇因其可再生及污染少等特性而成為最具應(yīng)用前景

式中 n 為聚合度，，R 為—CH3或—H圖 1-2 纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1-2 Chemical structure diagram of cellulose
【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

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本文編號：2658060