【正文】 d. The single factor showed that the optimal fractional separation conditions are temperature 75℃, reaction time 3 h, NaOH concentration % and H2O2 concentration %. The conditions of precipitation lignin are pH≤, temperature ≥60℃. The extraction rate of lignin can reach 90% in accordance with higher purity. Especially, both hemicellulose and cellulose are little destroyed. Infrared spectrum characteristic analysis demonstrated that there were no cellulose and no linkedbond with hemicellulose in lignin Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ. Hemicellulose in lignin Ⅰwas pletely separated, while little hemicellulose could be absorbed in lignin Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ. Lignin Ⅰ is a guajacylsyringylhydroxyphenyl lignin (GSH), and any of lignin Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ is a guajacylsyringyl lignin (GS). Key word： Lignin。 Fractional separation。 Infrared spectrum characteristic 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文01 前言 國(guó)內(nèi)外木質(zhì)素研究概況及其現(xiàn)狀木質(zhì)素(lignin)存在于木質(zhì)組織中，是一種多分散的無(wú)定形天然高分子聚合物。它是由高度取代的苯基丙烷單元隨機(jī)聚合而成的高分子，與纖維素、半纖維素一起，形成植物骨架的主要成分。它是一種由四種醇單體（對(duì)香豆醇、松柏醇、5羥基松柏醇、芥子醇）形成的復(fù)雜酚類(lèi)聚合物，可溶于堿溶液，其衍生物具有多種功能性 [1]，可作為分散劑、吸附劑/解吸劑、石油回收助劑、瀝青乳化劑，對(duì)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展最為重大貢獻(xiàn)就在于提供穩(wěn)定、持續(xù)的有機(jī)物質(zhì)來(lái)源，因此其應(yīng)用前景十分廣闊。到目前為止，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)的木質(zhì)素產(chǎn)品達(dá) 200 余種，廣泛用于建筑、石油、礦業(yè)、化工、印染等 20 多個(gè)領(lǐng)域，但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)木質(zhì)素產(chǎn)品的企業(yè)比較少。當(dāng)前主要是對(duì)木質(zhì)素絮凝劑的研究以及在高分子領(lǐng)域的應(yīng)用 [2]，其主要原因是由于木質(zhì)素在分離過(guò)程中極易發(fā)生變化，而且原料不同木質(zhì)素結(jié)構(gòu)也不同。因此，尋找一種溫和的分離木質(zhì)素的方法顯得尤為重要。 木質(zhì)素的分離方法及其不足目前從工業(yè)意義上分離纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的方法無(wú)論是無(wú)機(jī)酸堿蒸煮，還是有機(jī)溶劑萃取，仍然局限于制漿造紙。其最大的問(wèn)題是不能對(duì)于植物組織這三大組分（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素）有一個(gè)全面綜合的價(jià)值觀。所使用的分離方法往往是顧此失彼 [3]。因此，總結(jié)與探討木質(zhì)素的分離手段，無(wú)論是對(duì)于其結(jié)構(gòu)研究，還是進(jìn)一步深加工利用木質(zhì)素，都十分必要。國(guó)內(nèi)外對(duì)木質(zhì)素的分離主要采用酸堿蒸煮，雖然有機(jī)溶劑提取木質(zhì)素有著許多的優(yōu)勢(shì)，但是有機(jī)溶劑制漿仍然需要高溫高壓，完全工業(yè)化尚存在許多技術(shù)困難，使其應(yīng)用受到很大限制 [4]。隨著新技術(shù)的不斷進(jìn)步與應(yīng)用，使用物理、化學(xué)、生物等手段對(duì)木質(zhì)素的分離展開(kāi)了更為廣泛的研究。總之，由于木質(zhì)素的性質(zhì)與分離手段密切相關(guān)，什么樣的分離方法就相應(yīng)的決定了分離所得的木質(zhì)素的化學(xué)性質(zhì)。目前分離木質(zhì)素的手段與技術(shù)已經(jīng)大大突破了以往單一使用化學(xué)手段的分離方式，在整合了多種分離系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，相繼開(kāi)發(fā)出一系列具有不同性質(zhì)的木質(zhì)素分離過(guò)程，使組分分離與產(chǎn)物應(yīng)用更為緊密地結(jié)合在一起 [5]。 本課題立題依據(jù) 本課題研究目的目前，在天然纖維原料微生物轉(zhuǎn)化研究中，全世界范圍內(nèi)雖然已經(jīng)取得很大的進(jìn) 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文1展，但尚未能完全進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，主要原因有：一是纖維原料預(yù)處理的成本較高，二是纖維素酶解成本較高。兩個(gè)問(wèn)題都直接與纖維素原料的預(yù)處理有關(guān)，因此，天然纖維素原料預(yù)處理問(wèn)題是微生物轉(zhuǎn)化全面進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的瓶頸之一。目前天然纖維原料預(yù)處理技術(shù)大都存在成本過(guò)高，技術(shù)單調(diào)，過(guò)分強(qiáng)調(diào)單一組分的利用，其他組分則作為廢棄物。而組分分離技術(shù)的突破將會(huì)帶動(dòng)天然纖維素原料生物量全利用的全面發(fā)展，以早日實(shí)現(xiàn)化學(xué)工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)移。我國(guó)竹類(lèi)資源十分豐富，種類(lèi)多、面積廣，全國(guó)竹林面積在 720 萬(wàn) hm2，其中毛竹面積約為 300 萬(wàn) hm2，是我國(guó)最大的筍用林資源。但是，竹材加工利用率不高，一些竹材下腳料、筍基與筍殼均被丟棄，這既造成資源的極大浪費(fèi)，又污染了環(huán)境。而這些物質(zhì)中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的含量較高。而今，正處在我國(guó)可再生能源產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)利用的戰(zhàn)略關(guān)鍵期，將纖維類(lèi)可再生生物資源轉(zhuǎn)化為生物能源的研究方興未艾。為此，本文以毛竹材加工下腳料為原料，研究其生物量全利用的組合分離技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素、纖維素與半纖維素單獨(dú)利用 [6]。 本課題主要研究任務(wù)⑴ 木質(zhì)素的分離：在堿性條件下控制反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、乙醇濃度等因素進(jìn)行脫脂處理；再控制 pH 值、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、乙醇用量等條件對(duì)各級(jí)濾液進(jìn)行處理，分離木質(zhì)素。⑵ 工藝條件優(yōu)化：通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，確定對(duì)測(cè)定指標(biāo)影響的主次因素，并對(duì)木質(zhì)素的分離條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。⑶ 木質(zhì)素理化性質(zhì)的測(cè)定：對(duì)實(shí)驗(yàn)所分離的木質(zhì)素進(jìn)行光譜分析，以驗(yàn)證分離方法對(duì)降低木質(zhì)素結(jié)構(gòu)破壞的可行性。 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文22 材料與方法 實(shí)驗(yàn)材料與儀器 實(shí)驗(yàn)原料竹屑：毛竹材加工下腳料，湘潭竹材加工廠。竹筍：毛竹春筍，湖南湘潭。筍殼：毛竹春筍殼，湖南湘潭。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備852 恒溫磁力加熱攪拌器 山東省鄄城現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)儀器廠SHZD（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵 鞏義市予華儀器有限公司RE52A 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 鞏義市予華儀器有限公司FD1A 冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司1012AB 電熱鼓風(fēng)干燥箱 天津泰斯特有限公司XY2022c 精密電子天平 常州市幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司PTHW 調(diào)溫電熱套 鞏義市予華儀器有限公司TG16M 微型臺(tái)式高速離心機(jī) 湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司DK600B 電熱恒溫水浴槽 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司GG17 索氏提取器 四川蜀牛玻璃儀器公司標(biāo)準(zhǔn)篩 杭州市藍(lán)天化驗(yàn)試劑廠YP2 型壓片機(jī) 上海山岳科學(xué)儀器有限公司701 遠(yuǎn)紅外快速干燥器 上海陽(yáng)光實(shí)驗(yàn)儀器有限公司AVATAR 370FT1R 紅外吸收光譜儀Tthermo 雷磁 PHS3D 型 pH 計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司GZX9140 ME 數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠力德研發(fā)（超）純水器 重慶力德高端水處理設(shè)備研發(fā)有限公司 實(shí)驗(yàn)試劑氫氧化鈉 分析純 廣東汕頭市西隴化工廠無(wú)水氯化鈣 分析純 天津市大貿(mào)化學(xué)試劑廠 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文330%雙氧水 分析純 廣東汕頭市西隴化工廠氫氧化鉀 分析純 長(zhǎng)沙安泰精細(xì)化工事業(yè)有限公司十水四硼酸鈉 分析純 長(zhǎng)沙市湘科精細(xì)化工廠乙二胺四乙酸二鈉 分析純 廣東汕頭市西隴化工廠無(wú)水乙醇 分析純 安徽安特生物化學(xué)有限公司濃鹽酸 分析純 湖南株洲化學(xué)工業(yè)研究所苯 分析純 長(zhǎng)沙市湘科精細(xì)化工廠 實(shí)驗(yàn)方法 竹材成分測(cè)定纖維素的測(cè)定：GB/。半纖維素的測(cè)定：GB/。木質(zhì)素的測(cè)定：GB/。灰分的測(cè)定：GB/。水分的測(cè)定：GB/。 堿性過(guò)氧化物法分離木質(zhì)素 堿性過(guò)氧化物法分級(jí)分離木質(zhì)素的工藝過(guò)程如圖 1 所示。⑴ 原料脫脂處理：稱(chēng)取 100 g 竹鋸末，按照固液比 1:20 加入 2022 ml 80％的乙醇和 4 g NaOH 固體，于恒溫磁力攪拌器上 75 ℃反應(yīng) 3 h。然后進(jìn)行抽濾，濾液濃縮，沉淀烘干稱(chēng)重。⑵ 堿性過(guò)氧化物分離：將烘干的沉淀放于燒杯中，按照 1:20 的固液比加入 %的 H2O2 和 2 %的 NaOH 固體，于恒溫磁力攪拌器上 75 ℃反應(yīng) 3 h。然后進(jìn)行抽濾，濾液濃縮，沉淀烘干稱(chēng)重。⑶ 重復(fù)第二步三次，最后的沉淀物為纖維素。與此同時(shí)，分別將每次的濃縮液先調(diào) pH 至 ，以沉淀半纖維素，并加入 3 體積的酒精進(jìn)一步沉淀半纖維素，放置過(guò)夜。⑷ 過(guò)濾，沉淀進(jìn)行冷凍干燥，濾液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上進(jìn)行濃縮，濃縮后調(diào)節(jié) pH 至3 以下 [1012]，立即放于電爐上進(jìn)行加熱，沉淀物即為木質(zhì)素，干燥稱(chēng)重。 紅外光譜特征的測(cè)定將準(zhǔn)備好的脫脂原料、各種木質(zhì)素分級(jí)樣品于 45℃下烘 24 h，使其干燥至恒重，并將其粉碎，取少量樣品與溴化鉀晶體混合均勻進(jìn)行壓片。用紅外吸收光譜儀測(cè)繪出各樣品的紅外吸收光譜圖，并對(duì)它們的光譜吸收特征進(jìn)行比較分析。 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文4原料沉淀 濾液Ⅰ沉淀 濾液半纖維素Ⅰ 沉淀Ⅰ沉淀 濾液Ⅱ沉淀 濾液沉淀Ⅱ半纖維素Ⅱ沉淀Ⅲ沉淀濾液Ⅲ沉淀濾液半纖維素Ⅲ沉淀Ⅳ沉淀濾液Ⅳ沉淀濾液半纖維素Ⅳ纖維素木質(zhì)素Ⅰ木質(zhì)素Ⅱ木質(zhì)素Ⅳ木質(zhì)素Ⅲ 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文5圖 1 木質(zhì)素分級(jí)分離工藝流程圖 [79]3 結(jié)果與分析 原料化學(xué)成分分別采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法測(cè)得毛竹下腳料中各組分的含量如表 1 所示。表 1 毛竹下腳料中各組分的含量組分 纖維素 木質(zhì)素 半纖維素 水分 灰分含量% 工藝條件的優(yōu)化 氫氧化鈉濃度對(duì)木質(zhì)素的影響