稻草秸稈微晶纖維素的制備及木質(zhì)纖維酸解過程中反應(yīng)的研究.pdf

1、微晶纖維素在醫(yī)藥、化工、輕工和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，目前用來制備MCC的原料大多是棉絨和木材，其價格高昂，并且來源有限。而生物質(zhì)稻草秸稈中含有35％～40％的纖維素，來源豐富，價格低廉，有著潛在的利用價值。但是稻草秸稈中還含有約20％的木質(zhì)素和25％的半纖維素，三者構(gòu)成了致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重限制了稻草秸稈在微晶纖維素領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用。要想有效利用稻草秸稈來制備合格的微晶纖維素，就必須對其進行一定的預(yù)處理，破壞其緊密的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，高

2、效提取其中纖維素。
　　因此，本研究就預(yù)處理方法的選擇、制備條件的工藝優(yōu)化和預(yù)處理方法對稻草秸稈的作用機制以及木質(zhì)纖維在酸解過程中存在的反應(yīng)等方面開展了相應(yīng)的研究，并取得如下結(jié)果:
　　1.首先考察了SO3、NH3、SO3/NH3和NH3/SO3聯(lián)合稀堿四種預(yù)處理方法制備稻草微晶纖維素的可能性，并且研究發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的制備MCC方法為稻草秸稈先經(jīng)SO3微熱爆處理后經(jīng)NH3處理，再經(jīng)稀堿、稀酸和漂白等步驟。同時以纖維素含量和得率為指

3、標(biāo)，對該制備路線進行了工藝優(yōu)化，得到最優(yōu)的工藝路線為SO3:固液比1∶4，溫度70℃，時間90min; NH3:固液比1∶20，溫度60℃，時間120min;NaOH:固液比1∶15，溫度90℃，時間120min。制備得到的稻草微晶纖維素的純度高達(dá)98.3％，得率為30.2％。
　　2.采用FI-TR、XPS、XRD和SEM對SO3/NH3聯(lián)合稀堿預(yù)處理法對稻草秸稈的作用機制進行了初步研究，研究表明SO3微熱爆處理稻草秸稈的過程中

4、SO3與稻草秸稈發(fā)生酯化反應(yīng)，有利于了木質(zhì)素的剝離;NH3可能與稻草秸稈中的木質(zhì)素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促進了木質(zhì)素的剝離，但是兩者在單獨作用下對木質(zhì)素的剝離效果均未能達(dá)到微晶纖維素的要求。通過計算分析SO3和NH3之間存在協(xié)同作用，并且以先經(jīng)SO3后經(jīng)NH3處理稻草秸稈的方法對木質(zhì)素的剝離效果最佳，分析其原因是稻草秸稈先經(jīng)SO3后經(jīng)NH3處理稻草秸稈與SO3和NH3先后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且還存在微熱爆效應(yīng)以及殘留的硫酸和NH3能夠發(fā)生反應(yīng)生成小

5、分子(NH4)2SO4晶體，該晶體能夠使得稻草秸稈內(nèi)壁結(jié)構(gòu)膨脹，有效地打破了木質(zhì)素與纖維素和半纖維素之間的連接，提高了木質(zhì)素的剝離效果。
　　3.采用FI-TR、XPS和HPLC對酸解過程中產(chǎn)生的酸解液和酸解固渣進行跟蹤和分析，得出結(jié)論:木質(zhì)纖維在經(jīng)72％硫酸酸解的過程中，酸解1-5h木質(zhì)素與硫酸會發(fā)生磺化反應(yīng)，5-12h時間段木質(zhì)素與戊糖水解產(chǎn)生的糠醛發(fā)生酚醛縮合反應(yīng)，這些反應(yīng)都將干擾木質(zhì)素的測定結(jié)果，造成木質(zhì)素的測定值要高于實