慈竹自水解過程中木素的結構變化及甲酸制漿工藝的研究.pdf

1、本論文對慈竹自水解提取半纖維素及其對后續(xù)堿法制漿的影響進行了研究，并著重討論了自水解過程中木素化學結構的變化；系統(tǒng)研究了楊木木片在乙酸-乙酸鈉緩沖體系預水解過程中半纖維素的溶出規(guī)律；優(yōu)化了慈竹甲酸制漿工藝，并探討了甲酸制漿過程中木素的結構變化。
　　基于生物質精煉的理念，本文探討了自水解溫度（140-180oC）對慈竹提取半纖維素及后續(xù)燒堿-蒽醌法和硫酸鹽法制漿性能的影響。研究表明，自水解對慈竹半纖維素糖類組分溶出效果顯著，隨著預

2、水解溫度的增加，水解液中單糖和低聚糖組分的溶出含量及戊糖提取率均呈增加趨勢，且水解液中糖類組分以低聚糖為主。經(jīng)自水解后殘余原料的結晶度較慈竹原料顯著增加，且隨著自水解溫度的增加，結晶度呈上升的趨勢。與未經(jīng)預水解處理的慈竹原料堿法制漿相比，預水解處理有利于提高后續(xù)堿法蒸煮過程中脫木素的效果，獲得性能優(yōu)良的紙漿。綜合考慮慈竹預水解液的生物質利用和后續(xù)堿法制漿，最佳的預水解溫度為170oC時，單糖和低聚糖組分的溶出量分別為0.99 g?L-1

3、和8.53 g?L-1，戊糖提取率為21％，且自水解過程中產(chǎn)生乙酸及糠醛的含量較少，經(jīng)后續(xù)堿法制漿可獲得性能良好的漿料。
　　本文采用現(xiàn)代分析測試技術對自水解過程中木素的結構變化進行了研究。利用激光光散射儀測定了慈竹原料及不同自水解條件下處理后殘余原料的磨木木素的分子量及分布，使用紅外光譜、31P-NMR等技術對其化學結構進行了定性定量分析。實驗結果表明，慈竹自水解后，木素的平均分子量增加，自水解溫度越高，分子量越大，且木素多分散

4、性降低。經(jīng)自水解后，木素中含 C-H鍵的木素基團及酚羥基含量增加，脂肪族羥基含量明顯降低。隨自水解溫度增加，縮合型酚羥基含量呈上升的趨勢，脂肪族羥基含量略有下降。慈竹木素的紫丁香基結構比愈瘡木基更容易降解而游離出酚羥。
　　系統(tǒng)研究了楊木木片在乙酸-乙酸鈉緩沖體系預水解過程中半纖維素的溶出規(guī)律。結果表明：在緩沖溶液濃度50 mmol/L-150 mmol/L、pH值為3.0-4.2的緩沖體系中，緩沖溶液濃度對半纖維素溶出影響較小，

5、而體系pH影響顯著。水解液中總糖和單糖的含量隨著預水解體系 pH值的降低而升高，低聚糖含量在 pH3.4達最大值。與以水為介質的自水解體系相比，乙酸-乙酸鈉緩沖體系可促進半纖維素的溶出，抑制糖類尤其是單糖的進一步降解，從而可獲得更多的低聚糖和單糖。在緩沖溶液濃度100 mmol/L、pH3.4的優(yōu)化條件下，乙酸-乙酸鈉緩沖體系預水解液中的低聚糖和單糖的含量分別為6.47 g/L和2.47 g/L，降解產(chǎn)物乙酸和糠醛的含量分別比自水解減少

6、了46%和47%。
　　探索了高溫下慈竹甲酸制漿工藝。實驗結果表明：隨著蒸煮溫度和蒸煮時間的提高，強化了慈竹脫木素程度，而細漿得率略有降低的趨勢。增加蒸煮溫度并適當降低蒸煮時間有利于獲得脫木素程度較好及細漿得率較高的紙漿。慈竹在甲酸制漿過程中木素降解的同時也發(fā)生了分子內和分子間的縮合反應，導致慈竹甲酸黑液木素分子質量明顯高于慈竹原料磨木木素。甲酸制漿脫木素過程中苯丙烷單元也發(fā)生酯化反應。相比慈竹磨木木素，甲酸黑液木素的脂肪族羥基明