可循環(huán)混合溶劑分離水稻秸稈組份的研究.pdf

1、隨著化石資源的日益枯竭，人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)生物質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)和利用。農(nóng)作物秸稈由于產(chǎn)量大、生長(zhǎng)周期短而成為真正意義上的取之不盡的可再生資源，其主要組份(纖維素、半纖維素和木質(zhì)素)的環(huán)?；蛛x是實(shí)現(xiàn)該類生物質(zhì)原料高值化利用的關(guān)鍵。本論文開(kāi)展了可循環(huán)溶劑體系用于水稻秸稈成份分離的相關(guān)技術(shù)和工藝研究。
　　 首先，探索了水煮和水抽提處理對(duì)水稻秸稈組份的影響，發(fā)現(xiàn)預(yù)處理后秸稈中半纖維素和木質(zhì)素的含量均有所降低；在此基礎(chǔ)上，考察了以乙二醇/水

2、/催化劑組成的混合體系為溶劑，分離水稻秸稈纖維素、木質(zhì)素和半纖維素等組份的相關(guān)工藝條件，重點(diǎn)研究了催化劑對(duì)組份分離的影響，結(jié)果表明，以0.1 mol/L硫酸作為催化劑，可以實(shí)現(xiàn)半纖維素的深度水解，同時(shí)促進(jìn)木質(zhì)素在混合溶劑中的溶解；0.1 mol/L氫氧化鈉催化分離秸稈組份，可高效脫除木質(zhì)素，但對(duì)半纖維素的去除效果不如以硫酸為催化劑明顯；以碳酸鈉等弱堿和氯化鋅、溴化鋰等Lewis酸為催化劑，對(duì)組份分離的效果較差。此外，我們還結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究結(jié)

3、果，分析了催化劑作用機(jī)理，認(rèn)為：強(qiáng)酸條件有助于半纖維素的水解，并削弱木質(zhì)素之間及其與半纖維素之間的化學(xué)鍵合，提高了木質(zhì)素在溶劑中的溶解度；強(qiáng)堿則可以更有效地破壞木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的酯鍵等薄弱點(diǎn)，此外，苯醇基團(tuán)在堿性體系中容易甲基化，可有效防止木質(zhì)素α-碳位的縮合。
　　 為了進(jìn)一步提高秸稈組份分離的效率，本文開(kāi)展了乙二醇/水/催化劑混合溶劑與蒸爆預(yù)處理相結(jié)合分離秸稈組份的研究。通過(guò)正交試驗(yàn)得到的最佳條件為：乙二醇濃度80％，反應(yīng)時(shí)間9

4、0 min，反應(yīng)溫度100℃；此條件下分離所得的纖維素產(chǎn)品中，綜纖維素含量達(dá)到94.15％，殘留酸不溶木質(zhì)素含量1.97％，灰分含量3.88％，聚合度287.45。
　　 本文還進(jìn)一步嘗試將秸稈組份分離與纖維素漂白同步進(jìn)行，選擇成本更低和更加環(huán)保的乙醇/水的混合物為溶劑體系，并添加過(guò)氧化氫，在實(shí)現(xiàn)秸稈纖維素組份分離的同時(shí)，同步完成了纖維素漂白。通過(guò)正交設(shè)計(jì)，得到了最佳工藝條件為：反應(yīng)溫度80℃、過(guò)氧化氫濃度1.5g/120 ml

5、、乙醇濃度80％、反應(yīng)時(shí)間10 h；分離所得纖維素樣品中綜纖維素含量達(dá)到95.61％，殘留酸不溶木質(zhì)素含量2.02％，灰分含量2.37％，聚合度1150.64。
　　 通過(guò)減壓蒸餾回收乙二醇/水/催化劑混合溶劑(回收率為96％)，發(fā)現(xiàn)在不外加催化劑的條件下，回收溶劑可循環(huán)處理水稻秸稈，其對(duì)半纖維素的分離效果略優(yōu)于原溶體系，對(duì)木質(zhì)素的分離效果與原溶劑相當(dāng)。乙醇/水/過(guò)氧化氫混合溶劑提取秸稈纖維素后，混合溶劑中的乙醇可以通過(guò)減壓蒸餾