【文章內(nèi)容簡介】 準確稱取原料 20 g，按照固液比 1:20 加入 80%的乙醇和 %的 NaOH 固體于75℃下反應(yīng) 3 h，反應(yīng)完畢后抽濾，沉淀干燥。然后準確稱取脫脂原料 2 g，加入 %的 H2O2 40 mL，NaOH 用量分別為 %、% 、 %、%，并于 75℃下反應(yīng) 3 h，以下各級分離均按此進行，以考察 NaOH 用量對木質(zhì)素產(chǎn)率的影響，實驗結(jié)果如圖 2所示。05101520250 1 2 3 NaOH濃 度 （ %）木質(zhì)素得率（%）圖 2 NaOH 濃度對木質(zhì)素得率的影響由圖 2 可以看出，當(dāng) NaOH 濃度為 1%時木質(zhì)素的得率最高，提取率也最高；而當(dāng)NaOH 的濃度由 %升高到 %時，木質(zhì)素的得率緩慢下降，而 NaOH 濃度超過 2 %后木質(zhì)素得率則快速下降。與 NaOH 濃度為 1 %時的木質(zhì)素得率相比，NaOH 濃度為 3 %時 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文6的木質(zhì)素得率下降了 71%。由此說明高濃度的 NaOH 對木質(zhì)素的分離不利，這是由于NaOH 使木質(zhì)素醚鍵斷裂溶解 [13,14]，且木質(zhì)素酸性基團電離，在加酸沉淀木質(zhì)素時有些無法沉淀，從而造成木質(zhì)素的損失，使產(chǎn)物的得率下降。由此可見，NaOH 用量越多，木質(zhì)素的沉淀量越少，沉淀木質(zhì)素所用的 HCl 的量也會增多，造成試劑的浪費。因此，在實際生產(chǎn)中應(yīng)適當(dāng)減少 NaOH 用量，NaOH 濃度取 1%即可。 雙氧水濃度對木質(zhì)素的影響為考察不同 H2O2 濃度對木質(zhì)素得率的影響，準確稱取原料 30 g、NaOH g，加入 600 mL80%的乙醇于 75℃下反應(yīng) 3 h，反應(yīng)完畢后抽濾，沉淀干燥。干燥后準確稱取脫脂原料 2 g，加入 g NaOH 固體，H 2O2 濃度分別為0%、%、 %、%、 %、%、%、% 、%、%、%，總體積均為 40 mL，分別于 75℃下反應(yīng) 3 h，以下各級分離均按此進行，實驗結(jié)果見圖 3。由圖3 可知，H 2O2 濃度在 %時，木質(zhì)素的得率最高。H 2O2 濃度為 %時木質(zhì)素的得率低是由于在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣泡冒出，導(dǎo)致產(chǎn)品流失，產(chǎn)量降低。當(dāng) H2O2 的濃度由%升高到 %時，木質(zhì)素的得率由 %降低到 %，下降率為 %。由圖 3 還可看出，當(dāng) H2O2 的濃度大于 %時，木質(zhì)素的得率變化平緩，基本無變化。因此H2O2 的濃度越低越有利于木質(zhì)素的提取，這是由于 H2O2 的作用是為了脫木質(zhì)素和漂白，并可提高半纖維素的溶解度，對半纖維素起到增溶的作用。由此可見，H 2O2 的濃度越高，越利于半纖維素的分離，但不利于木質(zhì)素的分離。所以，在實際生產(chǎn)中，H2O2 的濃度取 %較好。05101520250 1 2 3 H2O2濃 度 （ %）木質(zhì)素得率（%） 圖 3 H2O2 濃度對木質(zhì)素得率的影響 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文7 溫度和反應(yīng)時間對木質(zhì)素的影響在分級分離木質(zhì)素的過程中，分別采用了 45℃反應(yīng) 6 h 和 75℃反應(yīng) 3 h，但最終的產(chǎn)率卻是相差甚遠，前者木質(zhì)素和半纖維素的得率分別為 %和 %，而后者木質(zhì)素和半纖維素的得率在相同條件下達到了 21%和 %。所以，在分級分離的過程中最好采用 75℃反應(yīng) 3 h 進行分離，在此條件下不僅可以提高木質(zhì)素的產(chǎn)率也可以提高半纖維素的產(chǎn)率。在最終將 pH 調(diào)至低于 3 后的操作溫度也應(yīng)在 60℃以上。這是因為在常溫下，木質(zhì)素不易聚集，過濾時，有一部分就會隨濾液流失，使得產(chǎn)率下降。高溫可使木質(zhì)素聚集成一團疏松的物質(zhì)，有利于木質(zhì)素的分離，但是木質(zhì)素的顏色較深 [15]。因此，由 、 可知，分離木質(zhì)素的較優(yōu)條件為 %的 H2O1%的NaOH，并在 75℃下反應(yīng) 3 h，木質(zhì)素的得率可達 21%。 木質(zhì)素分級組分的得率與表觀特征準確稱取原料 100 g，加入 2022 mL 80 %的乙醇、4 g NaOH 固體于 75℃下反應(yīng) 3 h，反應(yīng)完畢后抽濾，沉淀進行干燥，干燥后稱重。然后在沉淀中按照 1:20 的固液比加入 %的 H2O2% 的 NaOH 固體于 75℃下反應(yīng) 3h，反應(yīng)完畢后進行抽濾，沉淀干燥，此步重復(fù)三次。將脫脂濾液和 H2O2 處理的三次濾液分別進行濃縮，然后加入 6 mol/L的 HCl 調(diào)節(jié) pH 至 以沉淀半纖維素，再加入 3 體積的無水乙醇，放置過夜。再次進行濃縮，濃縮后調(diào) pH≤3，以沉淀木質(zhì)素，各步所得木質(zhì)素分別放置，實驗結(jié)果見圖4。木質(zhì)素分級組分及其附屬產(chǎn)品半纖維素、纖維素的得率與表觀特征見表 2。0510152025Ⅰ 級 Ⅱ 級 Ⅲ 級 Ⅳ 級 總 得 率分 離 級 數(shù)木質(zhì)素得率（%） 圖 4 木質(zhì)素分級組分的得率由表 2 可知，木質(zhì)素Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的色度比木質(zhì)素Ⅰ的要淺，這是因 H2O2 的漂白作 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文8用所致；加熱分離的木質(zhì)素比不加熱的木質(zhì)素顏色深，木質(zhì)素Ⅳ除外。分級分離得到的半纖維素的分級產(chǎn)品顏色差別較小，只有半纖維素Ⅳ的顏色較深，呈現(xiàn)深灰色。半纖維素Ⅱ的得率最高，這是由于 H2O2 的增溶作用。纖維素在分級分離過程中，由于H2O2 的漂白作用顏色逐漸變淺。木質(zhì)素、半纖維素、纖維素在分級分離過程中的顏色、形態(tài)特征及最終產(chǎn)品的顏色、形態(tài)特征見附圖 2附圖 6。表 2 分級組分的得率與表觀特征分級組分分離級數(shù)木質(zhì)素 半纖維素 纖維素Ⅰ級得率較高，加酸后 75℃的條件下分離，顏色呈紅棕色，結(jié)構(gòu)較致密（抽濾時濾液難以抽出） ，有酸味得率為 %，顏色為灰色Ⅱ級得率最高，結(jié)構(gòu)也比較致密，但是顏色呈現(xiàn)黃色（加酸后沒有加熱） ，有酸味得率為 %，顏色為灰色Ⅲ級得率較低，加酸后在 75℃下處理，顏色也呈紅棕色，但是比Ⅰ級木質(zhì)素的要淡些，有酸味得率為 %，顏色為灰色Ⅳ級得率最低，加熱的條件下呈淡黃色，有酸味得率極低，顏色為深灰色 總得率為43%，顏色為淡黃綠色，風(fēng)干易結(jié)塊由木質(zhì)素、半纖維和纖維素分級組分的得率與表觀特征的變化可以確定，在實際生產(chǎn)中，一方面要盡量延長脫脂時間，這樣可提高木質(zhì)素的得率，而且用于脫脂的乙醇可以進行回收利用，降低生產(chǎn)成本；另一方面用 H2O2 處理的次數(shù)要適當(dāng)，一般為三次，這是由于雖然在后面的分級處理中木質(zhì)素的得率比較低，對木質(zhì)素產(chǎn)率的影響不大，但是若減少次數(shù)，木質(zhì)素中含有的雜質(zhì)會比較多。若是采取此工藝條件進行分離半纖維素，可將 H2O2 次數(shù)減少為兩次。 木質(zhì)素分級分離工藝對不同原料的適應(yīng)性稱取 20 g 原料，均按 1:20 的固液比加入 %的 H2O2 400 mL、NaOH 固體 8 g，在相同的條件下進行反應(yīng)，結(jié)果見圖 5。由圖 5 可以看出，竹子中木質(zhì)素的得率最高，竹筍和竹筍殼的得率較低。在反應(yīng)過程中，竹筍和竹筍殼的懸濁液很容易變成粘稠狀 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文9的物質(zhì)，所以 H2O2 的濃度、NaOH 的濃度和反應(yīng)溫度應(yīng)降低，反應(yīng)時間應(yīng)盡量縮短。H2O2 和 NaOH 的濃度分別降低至 %和 1%，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時間 30 min 即可。這樣溶液的粘度不會太大，但木質(zhì)素的得率隨之降低。這是因為這兩種物質(zhì)木質(zhì)化程度較低，木質(zhì)素的含量較低，結(jié)構(gòu)比較疏松，不易提取。 010203040506070竹 子 竹 筍 竹 筍 殼產(chǎn)物得率(%)木 質(zhì) 素 纖 維 素 半 纖 維 素 圖 5 不同原料中木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的得率 分級組分的紅外光譜特征利用紅外吸收光譜可以確定木質(zhì)素中存在的各種功能基團及各種化學(xué)鍵，例如羰基、羥基、甲氧基、CH 鍵和 CC 鍵等。根據(jù)木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以知道木質(zhì)素的羰基主要存在于結(jié)構(gòu)單元的側(cè)鏈上，其中一部分為醛基，大多數(shù)位于結(jié)構(gòu)單元的 γ碳原子上；另一部分為酮基，多位于側(cè)鏈的 β碳原子上 [16,17]。按照 的優(yōu)化條件制備木質(zhì)素分級組分，采用溴化鉀壓片法，測得脫脂竹粉和木質(zhì)素分級產(chǎn)品的紅外光譜如圖6圖 13 所示，木質(zhì)素分級產(chǎn)品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的紅外光譜特征分析結(jié)果見表 3。 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文10208。187。697926 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99%T 500 1000 1500 2022 2500 3000 3500 Wavenumbers (cm1)圖6 脫脂竹粉的紅外圖譜208。187。14801278773 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98%T 500 1000 1500 2022 2500 3000 3500 Wavenumbers (cm1)圖7 %H2O2%的NaOH提取的木質(zhì)素紅外光譜（未加熱） 化學(xué)化工學(xué)院 08 屆本科畢業(yè)論文11 208。187。166439740783 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100%T 500 1000 1500 2022 2500 3000 3500 Wavenumbers (cm1)圖8 %H2O2%的