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《齐鲁工业大学》 2017年
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杨木共轭酸碱预处理过程中木质素的结构变化及其沉积规律

于泉水  
【摘要】:在基于制浆造纸平台的生物质精炼过程中,预处理提取半纤维素作为木质纤维原料全组分利用的重要反应单元,对后续制浆过程起着关键性作用。自水解是从木质纤维原料中提取低聚糖的有效方法。然而,在高自水解强度下,溶出的糖类会进一步降解为单糖、糠醛及其它小分子物质,而且木质素分子间以及木质素与糖类小分子降解副产物之间也容易发生缩合,不但会降低低聚糖的收获率,还会对后续处理过程产生危害。针对纤维细胞壁组分所涉及到的降解和缩合反应以及沉积行为与pH密切相关的特点,论文采用乙酸/乙酸钠缓冲溶液作为介质对杨木木片进行预水解,以期在提高半纤维素提取效率的同时,防止低聚糖的过度降解以及木质素的缩合。研究表明,乙酸/乙酸钠共轭酸碱对可以将预水解体系的pH值维持在一定范围内,对半纤维素和木质素的降解溶出以及溶出物质在液相中的物化性质产生影响。预水解过程中溶入液相中的物质主要以DS的形式存在,预水解液中大约有20%的木素是以与聚糖集聚成微粒或胶体的形式存在的。在预水解过程中,随着保温时间的延长,预水解液的电导率和颗粒粒径逐渐增加,而其浊度和zeta电位(绝对值)呈现先升高而后降低的趋势。与自水解体系相比,乙酸/乙酸钠缓冲溶液预水解体系的电导率较高。而在高预水解强度下,乙酸/乙酸钠缓冲体系预水解液的浊度下降幅度要低于自水解体系。在预水解过程中,木片表面会出现微小类球状沉积物质,表面木质素含量增加。随着保温时间的延长,表面沉积物增多,沉积物会由微小球状变成较大的片状。预水解后期固液分离时温度的下降是导致木质素类疏水性物质在木片表面沉积的主因。当固液分离温度降为80℃左右时,疏水性物质在木片表面的沉积基本完成;再继续降低温度,已溶于液相中的聚糖和木质素类物质由于溶解度的降低而开始聚集成颗粒,疏水性非糖类物质不会再在木片表面沉积。木片表面物质的沉积程度也与迁移至木片表面的木质素量以及溶于液相中的木质素及产生的木质素类缩合产物在液相中的浓度有关。而与自水解体系相比,经乙酸/乙酸钠缓冲体系预水解的木片表面沉积程度较低。杨木木片经乙酸/乙酸钠缓冲溶液预水解后,木质素结构中的甲氧基被部分脱除,部分β-O-4连接键断裂,总酚羟基和缩合型酚羟基增多,脂肪族羟基减少,紫丁香基羟基与愈创木基羟基(S-OH/G-OH)比值增大,木质素分子量增加而多分散指数降低。木质素分子间的缩合反应主要发生在Cβ与C5之间,使木质素结构中的β-5键数量增加。但与自水解相比,经乙酸/乙酸钠缓冲溶液预水解后,木质素的缩合程度较低。
【学位授予单位】:齐鲁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O636.2

【参考文献】
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