【正文】 ..................................................................................................... 6 堿處理 .............................................................................................................7 離子液體法 .....................................................................................................8 超臨界萃取處理法 .........................................................................................8 小結(jié) .................................................................................................................9 論文的研究目的和意義 .......................................................................................... 9 第 2 章 玉米秸稈木質(zhì)纖維素組分分離研究 ....................................................................11 材料和儀器 .............................................................................................................11 原料和試劑 ...................................................................................................11 主要實(shí)驗(yàn)儀器 ...............................................................................................11 主要研究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法 .................................................................................... 12 稀硫酸水解正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì) ................................................................................ 12 實(shí)驗(yàn)流程 ...................................................................................................... 12 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) .............................................................................................. 13 稀硫酸正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析與討論 .................................................................... 14 硫酸濃度的影響 .......................................................................................... 14 反應(yīng)溫度的影響 .......................................................................................... 15 反應(yīng)時(shí)間的影響 .......................................................................................... 15 以纖維素質(zhì)量為指標(biāo)的正交分析 .............................................................. 15 以半纖維素質(zhì)量為指標(biāo)的正交分析 .......................................................... 17 以木質(zhì)素質(zhì)量為指標(biāo)的正交分析 .............................................................. 18 綜合比較分析 .............................................................................................. 19 濃硫酸水解實(shí)驗(yàn) .................................................................................................... 20 材料和儀器 .................................................................................................. 20 實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)流程 .................................................................................. 20長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論分析 .................................................................................. 21 本章小結(jié) ................................................................................................................ 22 第 3 章 結(jié)論與展望 ........................................................................................................... 23 結(jié)論 ........................................................................................................................ 23 展望 ........................................................................................................................ 24 致謝 ..................................................................................................................................... 25 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 26 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1 章 緒論 引言 近年來，隨著礦物燃料的日益枯竭以及煤炭資源的有限性和不可再生性，必然會(huì)導(dǎo)致資源供給不足，再加上使用礦物燃料帶來的愈發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問題，積極尋找開發(fā)利用可再生資源已經(jīng)成為迫在眉睫的事情。農(nóng)民們最簡(jiǎn)捷的做法就是露天焚燒 [15]。其中麥稈、稻草、玉米秸稈等是我國(guó)生產(chǎn)量比較大的一類木質(zhì)纖維生物質(zhì)，所以對(duì)農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物生物質(zhì)的開發(fā)利用有十分可觀的前景。其中碳長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 含量為 %，氫含量 %，氧含量 %，其化學(xué)式為 C6H10O5[4][7]，化學(xué)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)分子式為 (C6H10O5)n， n 為聚合度 [4][7]。纖維素分子的重復(fù)單元是簡(jiǎn)單而單一的，分子表 面較平整，在長(zhǎng)度方向易于伸展，再加上葡萄糖環(huán)上有反應(yīng)性強(qiáng)的側(cè)基，十分有利于形成分子內(nèi)和分子間的氫鍵 [9]。以纖維素為原料，用無毒、無污染的有機(jī)溶劑紡制的短纖維已取得了較大突破，被科技界和產(chǎn)業(yè)界稱之為“ 21 世紀(jì)環(huán)保型纖維” [6] 。半纖維素大量存在于植物的莖干、種子、果殼等部分，如在針葉樹中其量占細(xì)胞壁干重的 10%～15%，闊葉樹中占了 18%～ 23%，禾草類中占了 20%～ 25%[4][6]。半纖維素的結(jié)構(gòu)比較松散，與纖維素不同，且無結(jié)晶結(jié)構(gòu) [9]。半纖維素水解可生產(chǎn)糠醛，糠醛不僅可用作高品質(zhì)潤(rùn)滑油的溶劑、石油工業(yè)中作裂化時(shí)的接觸劑、動(dòng)力燃料油的增補(bǔ)劑、合成二烯橡膠工業(yè)中的溶劑等，又可用 于制造糠醛樹脂和酚醛樹脂 [6]。木糖作為糖尿病人理想的甜味劑、營(yíng)養(yǎng)劑和治療劑已為國(guó)際所公認(rèn)，此外，木糖不齲牙，做防齲食品的原料，做為糖果、口香糖、糕點(diǎn)、飲料及各種病癥患者的保健食品。木質(zhì)素主要位于纖維素纖維之間，起抗壓作用。針葉材木質(zhì)素主要由愈創(chuàng)木基丙烷單元所構(gòu)成，闊葉材木質(zhì)素主要由愈創(chuàng)木基丙烷單元和紫丁香基丙烷的結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，草本植物木質(zhì)素主要由愈創(chuàng)木基丙烷單元和紫丁香基丙烷單元及對(duì)羥基苯丙烷單元所構(gòu)成 [57]。有研究者將干燥粉碎的堿木質(zhì)素與農(nóng)藥及助劑混勻、造粒、再干燥，制成顆粒緩釋農(nóng)藥，效果較為理想，木質(zhì)素還用作混凝土添加劑。在半纖維素中糖苷鍵的連接的水解以及木質(zhì)素中 βO4 酯鍵被高溫高壓下存在在半纖維素中的乙?；猱a(chǎn)生的乙酸催化自動(dòng)水解 [11]。常用的有機(jī)溶劑有酸、醇、酮、醚、酯等 [12]，其中最常用的有甲醇、乙醇、丙酮、乙二醇、丙三醇、三甘醇和四氫化糠基乙醇 [34]，此外，某些有機(jī)酸如草酸、水楊酸和鄰醋酸基苯甲酸也能達(dá)到無機(jī)酸催化劑的效果 [4]。稀酸處理效率較高，在溫度高時(shí)所需長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 時(shí)間較短，處理后半纖維素水解成單糖進(jìn)入水解液，木質(zhì)素量不變，纖維素的平均聚合度下降，反應(yīng)能力增大。常景玲等采用硫酸處理作物秸稈，在溫度為 105～ 110℃ 、濃度為 1%、處理 4h 時(shí)，處理過殘?jiān)饕獮槔w維素和木質(zhì)素 [14]。 Rebecca 等用氫氧化鈉處理棉花秸稈，研究了木質(zhì)素去除率及以時(shí)間、溫度和濃度為變量構(gòu)建了二次方程 [7]。電化學(xué)穩(wěn)定性高，具有較高的電導(dǎo)率，可用作電化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)和電池溶液等。首先離子液體價(jià)格昂貴、合成較為復(fù)雜，而預(yù)處理時(shí)使用的濃度較大，因此需要盡可能高的回收率，盡可能多的重復(fù)利用。組分分離不徹底 ,得到的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的充分高效 利用困難 。利用玉米秸稈的組分生產(chǎn)化工產(chǎn)品，可以避免農(nóng)民焚燒秸稈從而減少環(huán)境污染，緩解上述工業(yè)部門原料緊張的問題，產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益 [10]。國(guó)內(nèi)外在稻草、麥稈、甘蔗渣、軟木等木質(zhì)纖維素材料利用方面已做過大量工作，而在利用硫酸處理玉米秸稈以將纖維素、半纖維素和木質(zhì)素分離方面研究較少。為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)因素，通過配置了液固比分別為 4: 6: 8: 10:1 的玉米秸稈粉的乙醇溶液，通過他們的粘稠狀態(tài)確定實(shí)驗(yàn)固定的液固比為 8:1，液固比確定之后，根據(jù)水熱釜的容積確定了每次添加的玉米秸稈粉為 4g。 表 24 稀硫酸水解實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 序號(hào) 硫酸濃度(%) 溫度(℃ ) 時(shí)間(h) 纖維素質(zhì)量 (g) 半纖維素質(zhì)量 (g) 木質(zhì)素質(zhì)量 (g) 重復(fù)試驗(yàn)次數(shù) 重復(fù)試驗(yàn)次數(shù) 重復(fù)試驗(yàn)次數(shù) xi1 xi2 xi1 xi2 xi1 xi2 1 1 110 1 2 1 130 2 3 2 110 2 4 2 130 1 硫酸濃度的影響 (1)獲得纖維素的質(zhì)量隨酸濃度濃度增加呈逐漸減少的趨勢(shì)，是酸使半纖維素中糖苷鍵斷裂的同時(shí)，也可能與纖維素中糖苷鍵作用，使其斷裂，纖維素質(zhì)量下降。由此可見，溫度逐漸升高對(duì)半纖維素水解率的增幅有加速性，水解的可能還有纖維素 ，這可能是溫度的升高 H+活性增大，與糖苷鍵作用加劇所致。這是由于隨著水解時(shí)間延長(zhǎng)糖的降解速率大于水解速率，一部分單糖被進(jìn)一步降解，但下降量較小。 ?? ? ?? ? ?? qi iqi rj iji Xxk 11 1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下： (1)反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)分離纖維素影響的極差值相差較小，但反應(yīng)溫度