發(fā)布時間：2020-05-27 22:11

【摘要】： 隨著化石資源的日益枯竭,人們越來越重視對生物質(zhì)資源的開發(fā)和利用。農(nóng)作物秸稈由于產(chǎn)量大、生長周期短而成為真正意義上的取之不盡的可再生資源,其主要組份(纖維素、半纖維素和木質(zhì)素)的環(huán)�；蛛x是實現(xiàn)該類生物質(zhì)原料高值化利用的關(guān)鍵。本論文開展了可循環(huán)溶劑體系用于水稻秸稈成份分離的相關(guān)技術(shù)和工藝研究。 首先,探索了水煮和水抽提處理對水稻秸稈組份的影響,發(fā)現(xiàn)預(yù)處理后秸稈中半纖維素和木質(zhì)素的含量均有所降低；在此基礎(chǔ)上,考察了以乙二醇／水／催化劑組成的混合體系為溶劑,分離水稻秸稈纖維素、木質(zhì)素和半纖維素等組份的相關(guān)工藝條件,重點研究了催化劑對組份分離的影響,結(jié)果表明,以0.1 mol／L硫酸作為催化劑,可以實現(xiàn)半纖維素的深度水解,同時促進木質(zhì)素在混合溶劑中的溶解；0.1 mol／L氫氧化鈉催化分離秸稈組份,可高效脫除木質(zhì)素,但對半纖維素的去除效果不如以硫酸為催化劑明顯；以碳酸鈉等弱堿和氯化鋅、溴化鋰等Lewis酸為催化劑,對組份分離的效果較差。此外,我們還結(jié)合實驗研究結(jié)果,分析了催化劑作用機理,認為：強酸條件有助于半纖維素的水解,并削弱木質(zhì)素之間及其與半纖維素之間的化學(xué)鍵合,提高了木質(zhì)素在溶劑中的溶解度；強堿則可以更有效地破壞木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的酯鍵等薄弱點,此外,苯醇基團在堿性體系中容易甲基化,可有效防止木質(zhì)素α-碳位的縮合。 為了進一步提高秸稈組份分離的效率,本文開展了乙二醇／水／催化劑混合溶劑與蒸爆預(yù)處理相結(jié)合分離秸稈組份的研究。通過正交試驗得到的最佳條件為：乙二醇濃度80%,反應(yīng)時間90 min,反應(yīng)溫度100℃；此條件下分離所得的纖維素產(chǎn)品中,綜纖維素含量達到94.15%,殘留酸不溶木質(zhì)素含量1.97%,灰分含量3.88%,聚合度287.45。 本文還進一步嘗試將秸稈組份分離與纖維素漂白同步進行,選擇成本更低和更加環(huán)保的乙醇／水的混合物為溶劑體系,并添加過氧化氫,在實現(xiàn)秸稈纖維素組份分離的同時,同步完成了纖維素漂白。通過正交設(shè)計,得到了最佳工藝條件為：反應(yīng)溫度80℃、過氧化氫濃度1.5 g／120 ml、乙醇濃度80%、反應(yīng)時間10 h；分離所得纖維素樣品中綜纖維素含量達到95.61%,殘留酸不溶木質(zhì)素含量2.02%,灰分含量2.37%,聚合度1150.64。 通過減壓蒸餾回收乙二醇／水／催化劑混合溶劑(回收率為96%),發(fā)現(xiàn)在不外加催化劑的條件下,回收溶劑可循環(huán)處理水稻秸稈,其對半纖維素的分離效果略優(yōu)于原溶體系,對木質(zhì)素的分離效果與原溶劑相當(dāng)。乙醇／水／過氧化氫混合溶劑提取秸稈纖維素后,混合溶劑中的乙醇可以通過減壓蒸餾回收(回收率為90%),在補加少量水和過氧化氫的條件下,也可再次用于秸稈組份分離。
【圖文】：

2.4.1水煮和水處理對秸稈的影響2.4.1.1水煮和水處理對秸稈形貌的影響經(jīng)過水煮和抽提處理后，，纖維束的結(jié)合變得疏松、表面附著物增多，如圖2.2所示。這是由于半纖維素水解形成低聚糖198]，半纖維素與纖維素分離，使秸稈結(jié)構(gòu)變得疏松。圖2.2秸稈樣的SEM圖(a)粉碎秸稈原樣，(b)粉碎秸稈水煮和水抽提處理后樣品

3.4.1蒸爆處理對水稻秸稈的影響未經(jīng)處理的水稻秸稈原樣，由穗部、莖桿、根部和皮組成，其中從莖桿的斷面圖(圖3.3a)可知，莖桿主要由導(dǎo)管束、木質(zhì)部和表皮細胞組織構(gòu)成。經(jīng)高速萬能粉碎機粉碎后，秸稈的組織被機械力破壞，表面粗糙(圖3.3b)。粉碎秸稈經(jīng)蒸爆處理，并用水和乙醇抽提，其固體成份的形貌如圖3.3c所示�？梢钥闯觯幚砗蠊腆w呈纖維束狀和薄片狀，其寬度約為10林m。從蒸爆處理前后形貌的比較可以看出，秸稈經(jīng)機械力粉碎實現(xiàn)了初步剝離
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：S216.2

【參考文獻】

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1 李輝勇;黃可龍;金密;李志光;趙律;;堿性臭氧預(yù)處理對稻草秸稈酶水解的影響[J];化學(xué)與生物工程;2009年10期

2 江凌;吳海珍;韋朝海;梁世中;;白腐菌降解木質(zhì)素酶系的特征及其應(yīng)用[J];化工進展;2007年02期

3 李永,周景輝;有機溶劑法制漿技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J];黑龍江造紙;2005年03期

4 張曾,詹懷宇,JAMEELHason,張厚民;金屬離子在高溫過氧化氫漂白中的影響與控制(英文)[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2000年02期

5 梁芳敏;沈葵忠;房桂干;儲富祥;胡劍民;;過氧化氫漂白與制漿造紙工業(yè)清潔生產(chǎn)[J];江蘇造紙;2009年02期

6 池玉杰;伊洪偉;;木材白腐菌分解木質(zhì)素的酶系統(tǒng)-錳過氧化物酶、漆酶和木質(zhì)素過氧化物酶催化分解木質(zhì)素的機制[J];菌物學(xué)報;2007年01期

7 廖俊和,羅學(xué)剛;有機溶劑法提取木質(zhì)素最新研究進展[J];林產(chǎn)化工通訊;2004年03期

8 張景強;林鹿;孫勇;MITCHELL G;劉世界;;纖維素結(jié)構(gòu)與解結(jié)晶的研究進展[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2008年06期

9 王寶山;周景宇;;對農(nóng)作物秸稈綜合利用發(fā)展方向的探索[J];農(nóng)業(yè)機械;2009年18期

10 張桂梅,廖雙泉,藺海蘭,廖建和;木質(zhì)素的提取方法及綜合利用研究進展[J];熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué);2005年01期

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1 于慧;劉瑞剛;沈大媧;江勇;黃勇;;小麥秸稈微管束中的纖維素片晶和取向研究[A];2005年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2005年

本文編號：2684217