木质素的分级分离及其性能研究毕业论文(编辑修改稿)

木质素的分级分离及其性能研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

2 g，加入 g NaOH 固体， H2O2浓度分别为 0%、 %、 %、 %、 %、%、 %、 %、 %、 %、 %，总体积均为 40 mL，分别于 75℃ 下反应 3 h，以下各级分离均按此进行，实验结果见图 3。 由图 3 可知， H2O2浓度在 %时，木质素的得率最高。 H2O2浓度为 %时木质素的得率低是由于在反应过程中产生的气泡冒出，导致产品流失，产量降 低。 当 H2O2的浓度由 %升高到 %时，木质素的得率由 %降低到 %，下降率为 %。 由图 3 还可看出，当 H2O2的浓度大于 %时，木质素的得率变化平缓，基本无变化。 因此 H2O2的浓度越低越有利于木质素的提取，这是由于 H2O2的作用是为了脱木质素和漂白，并可提高半纤维素的溶解度，对半纤维素起到增溶的作用。 由此可见， H2O2 的浓度越高，越利于半纤维素的分离，但不利于木质素的分离。 所以，在实际生产中， H2O2的浓度取 %较好。 05101520250 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5H 2 O 2 浓度（ % ）木质素得率（%） 图 3 H2O2浓度对木质素得率的影响 温度和反应时间对木质素的影响 在分级分离木质素的过程中，分别采用了 45℃ 反应 6 h和 75℃ 反应 3 h，但最终的产率却是相差甚远，前者木质素和半纤维素的得率分别为 %和 %，而后者木质素和半纤维素的得率在相同条件下达到了 21%和 %。 所以，在分级分离的过程中最好 化学化工学院 08 届本科毕业论文 8 采用 75℃ 反应 3 h进行分离，在此条件下不仅可以提高木质素的产率也可以提高半纤维素的产率。 在最终将 pH 调至低于 3 后的操作温度也应在 60℃ 以上。 这是因为在常温下，木质素不易聚集，过滤时， 有一部分就会随滤液流失，使得产率下降。 高温可使木质素聚集成一团疏松的物质，有利于木质素的分离，但是木质素的颜色较深 [15]。 因此，由 、 、 可知，分离木质素的较优条件为 %的 H2O 1%的NaOH，并在 75℃ 下反应 3 h，木质素的得率可达 21%。 木质素分级组分的得率与表观特征 准确称取原料 100 g，加入 2020 mL 80 %的乙醇、 4 g NaOH 固体于 75℃ 下反应 3 h，反应完毕后抽滤，沉淀进行干燥，干燥后称重。 然后在沉淀中按照 1:20 的固液比加入%的 H2O 2%的 NaOH 固体于 75℃ 下反应 3h，反应完毕后进行抽滤，沉淀干燥，此步重复三次。 将脱脂滤液和 H2O2 处理的三次滤液分别进行浓缩，然后加入 6 mol/L的 HCl 调节 pH 至 以沉淀半纤维素，再加入 3 体积的无水乙醇，放置过夜。 再次进行浓缩，浓缩后调 pH≤3，以沉淀木质素，各步所得木质素分别放置，实验结果 见 图 4。 木质素 分级组分 及其附属产品半纤维素、纤维素的得率与表观特征见表 2。 5 . 7 58 . 0 34 . 9 41 . 0 12 0 . 70510152025Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 总得率分离级数木质素得率（%） 图 4 木质素 分级组分 的得率 由表 2 可知，木质素 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 的 色 度比 木质素 Ⅰ 的要 浅 ，这是 因 H2O2的 漂白作用 所致 ；加热分离的木质素比不加热的木质素颜色深，木质素 Ⅳ 除外。 分级分离得到的半纤维素的分级产品颜色差别较小，只有半纤维素 Ⅳ 的颜色较深，呈现深灰色。 半纤维素 Ⅱ 的得率最高，这是由于 H2O2 的增溶作用。 纤维素在分级分离过程中，由于 H2O2的 漂白 作用颜色逐渐变浅。 木质素、半纤维素、纤维素在分级分离过程中的颜色、形态 化学化工学院 08 届本科毕业论文 9 特征及最终产品的颜色、形态特征 见附图 2附图 6。 表 2 分级组分的得率与表观特征 分离级数 分级组分 木质素 半纤维素 纤维素 Ⅰ 级 得率较高，加酸后 75℃ 的条件下分离，颜色呈红棕色，结构较致密 （ 抽滤时滤 液难以抽出 ） ，有酸味 得率为 %，颜色为灰色 总得率为 43%，颜色为淡黄绿色，风干易结块 Ⅱ 级 得率最高，结构也比较致密，但是颜色呈现黄色 （ 加酸后没有加热 ） ，有酸味 得率为 %，颜色为灰色 Ⅲ 级 得率较低，加酸后在 75℃ 下处理，颜色也呈红棕色，但是比 Ⅰ 级木质素的要淡些，有酸味 得率为 %，颜色为灰色 Ⅳ 级 得率最低，加热的条件下呈淡黄色，有酸味 得率极低，颜色为深灰色 由木质素、半纤维和纤维素分级组分的得率与表观特征的变化可以确定， 在实际生产中，一方面要尽量延长 脱脂时间，这样可提高木质素的得率，而且用于脱脂的乙醇可以进行回收利用，降低生产成本；另一方面用 H2O2 处理的次数要适当，一般为三次，这是由于虽然在后面的分级处理中木质素的得率比较低，对木质素产率的影响不大，但是若减少次数，木质素中含有的杂质会比较多。 若是采取此工艺条件进行分离半纤维素，可将 H2O2 次数减少为两次。 木质素 分级分离 工艺对不同原料的适应性 称取 20 g原料，均按 1:20 的固液比加入 %的 H2O2 400 mL、 NaOH 固体 8 g，在相同的条件下进行反应，结果 见 图 5。 由图 5 可 以看出，竹子中木质素的得率最高，竹笋和竹笋壳的得率较低。 在反应过程中，竹笋和竹笋壳的悬浊液很容易变成粘稠状的物质，所以 H2O2的浓度、 NaOH 的浓度和反应温度应降低，反应时间应尽量缩短。 H2O2和 NaOH 的浓度分别降低至 %和 1%，反应温度为室温，反应时间 30 min即可。 这样溶液的粘度不会太大，但木质素的得率随之降低。 这是因为这两种物质木质化程度较低，木质素的含量较低，结构比较疏松，不易提取。 化学化工学院 08 届本科毕业论文 10 2 0 . 73 . 5 2 . 94 4 . 1 16 0 . 15 5 . 31 5 . 4 1 6 . 31 4 . 8010203040506070竹子 竹笋 竹笋壳产物得率(%)木质素 纤维素 半纤维素 图 5 不同原料中 木质素、半纤维素和纤维素 的得率 分级组分的红外光谱特征 利用红外吸 收光谱可以确定木质素中存在的各种功能基 团 及各种化学键，例如羰基、羟基、甲氧基、 CH 键和 CC 键等。 根据木质素的化学结构，可以知道木质素的羰基主要存在于结构单元的侧链上，其中一部分为醛基，大多数位于结构单元的 γ碳原子上；另一部分为酮基，多位于侧链的 β碳原子上 [16,17]。 按照 的优化条件 制备木质素分级组分 ，采用溴化钾压片法，测得脱脂 竹粉 和 木质素 分级产品的红外光谱如图 6图 13 所示 ，木质素 分级产品 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的红外光 谱 特征 分析 结果 见表 3。 谢 6464.27533.881036.591252.671382.461462.051510.691600.592923.523421.76 8 3 8 4 8 5 8 6 8 7 8 8 8 9 9 0 9 1 9 2 9 3 9 4 9 5 9 6 9 7 9 8 9 9%T 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 W a v e n u m b e r s ( c m 1 ) 图 6 脱脂竹粉的红外图谱 化学化工学院 08 届本科毕业论文 11 谢 1 4 661.43835.211029.981125.101225.601329.171422.081461.881508.951598.071696.572938.373413.13 6 2 6 4 6 6 6 8 7 0 7 2 7 4 7 6 7 8 8 0 8 2 8 4 8 6 8 8 9 0 9 2 9 4 9 6 9 8%T 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 W a v e n u m b e r s ( c m 1 ) 图 7 %H2O 2%的 NaOH提取的木质素红外光谱（未加热） 谢 1 6 524.65834.091030.461125.241170.831218.891328.271422.241462.301512.971601.981673.162939.003406.43 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 5 8 08 5 9 0 9 5 1 0 0%T 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 W a v e n u m b e r s ( c m 1 ) 图 8 %H2O 2%的 NaOH提取的木质素红外光谱（已加热） 谢 1 5 528.24833.301030.141124.941167.651226.121328.391422.021463.041513.231601.901705.782849.942924.343433.44 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 5 8 0 8 5 9 0 9 5 1 0 0%T 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 W a v e n u m b e r s ( c m 1 ) 图 9 %H2O 2%的 NaOH提取的木质素 Ⅰ 红外光谱（未加热）。