玉米秸秆皮木素结构及其应用的研究

发布时间：2017-08-03 09:33

  本文关键词：玉米秸秆皮木素结构及其应用的研究

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【摘要】：随着环境污染问题的日益加剧和能源、资源的剧烈消耗,人们开始寻找可以代替石油等能源且对环境友好的生物质资源。储量巨大的玉米秸秆作为一种可再生的农业废弃物逐渐受到人们的重视,从玉米秆皮中提取分离出木质素并加以有效利用,可以为实现玉米秆皮各组分的高效、高值化分离利用奠定理论基础。本论文主要对玉米秆皮的磨木木质素的结构进行了研究,使用1,4-丁二醇蒸煮法分离玉米秆皮中的木质素,优化了工艺条件,并使用分离提取的玉米秆皮高沸醇木质素为原料制备了聚氨酯薄膜,探究了高沸醇木质素的质量分数和聚乙二醇(PEG)的分子量对实验制备的聚氨酯薄膜性能的影响并优化了制备过程这两个影响较大的因素的用量。对实验提取的玉米秆皮磨木木素进行了红外光谱测定,谱图分析表明玉米秸秆木质素属于GSH型木质素。玉米秸秆皮的碱性硝基苯氧化的实验数据分析可知,玉米秆皮木质素中愈创木基、对-羟基苯基、紫丁香基苯丙烷单元的比值大约为7.5:3:4,热解分析表明玉米秆皮磨木木素具有良好的热稳定性。玉米秸秆是丰富的农业副产物,探寻玉米秆皮中木质素的分离技术有助于实现玉米秆全组分的综合利用。本实验以1,4-丁二醇为蒸煮试剂,采用高温蒸煮技术分离玉米秆皮中的木质素。实验结果显示较优的分离提取条件为:反应温度160℃,保温时间1.5h,1,4-丁二醇质量分数90%,固液比1:10和硫酸用量0.15mL/g绝干原料。在这个条件下木质素的提取率为89.2%,此时相对于绝干原料的得率为18.2%。红外光谱和紫外光谱分析显示蒸煮过程中木质素官能团没有明显变化,可以保证玉米秆皮中木质素进一步功能化应用。为木质素的高值化利用奠定坚实的理论基础。高沸醇溶剂法(HBS)主要是利用了高沸醇有机溶剂挥发性低、沸点高以及对木质素具有良好的溶解效果等特点,可以从植物纤维原料中把木质素提取分离出来,并且提取率较高,同时反应过程中的1,4-丁二醇可以通过旋转蒸发可以回收利用,对环境友好。利用分离提取的高沸醇木质素为原料制备了聚氨酯薄膜,探究了高沸醇木质素的质量分数和聚乙二醇(PEG)的分子量对聚氨酯薄膜性能的影响,并优化了木质素基聚氨酯薄膜的制备条件,研究表明:聚乙二醇(PEG)的分子量为400,高沸醇木质素的质量分数为12%时,所制备的聚氨酯薄膜的拉伸强度、弹性模量、拉伸率、撕裂度以及吸水率均较高,表现出良好的物理性能。利用玉米秆皮高沸醇木质素代替聚乙二醇(PEG)制备木质素基聚氨酯材料,不仅可以降低能源消耗、降低生产成本,还有效的利用了玉米秆皮这一储量巨大的生物质资源,本研究为玉米秆皮高沸醇木质素的高附加值利用提供了一条有效的途径。
【关键词】：玉米秆皮 木质素 1 4-丁二醇蒸煮 聚氨酯薄膜
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O636.2
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 研究背景12
• 1.2 我国玉米秸秆的利用现状以及存在的问题12-14
• 1.2.1 玉米秸秆可以用作有机肥料还田12-13
• 1.2.2 玉米秸秆可以用作饲料喂养牲畜13
• 1.2.3 玉米秸秆可以用作农村能源建设13
• 1.2.4 玉米秸秆可以用作工业化生产原料13-14
• 1.2.5 玉米秸秆利用过程存在的问题14
• 1.3 玉米秆皮概述14-17
• 1.3.1 玉米秆皮的化学组成14-15
• 1.3.2 纤维素的结构与性质15-16
• 1.3.3 半纤维素的结构与性质16-17
• 1.4 木质素的研究现状17-21
• 1.4.1 木质素的结构与性质18-20
• 1.4.2 木质素的应用现状以及发展前景20-21
• 1.5 玉米秸秆中常见的木质素分离方法21-25
• 1.5.1 溶剂分馏法分离木质素21-22
• 1.5.2 生物方法分离木质素22-23
• 1.5.3 物理方法分离木质素23
• 1.5.4 化学方法分离木质素23-25
• 1.6 论文研究的目的、意义及内容25-26
• 1.6.1 论文研究的目的和意义25
• 1.6.2 论文的主要内容25-26
• 第二章 玉米秆皮木质素的结构研究26-38
• 2.1 实验原料和仪器试剂26-27
• 2.1.1 实验原料26
• 2.1.2 实验仪器与设备26
• 2.1.3 实验药品与试剂26-27
• 2.2 玉米秆皮的原料组分分析27-29
• 2.2.1 水分含量的测定27
• 2.2.2 灰分含量的测定27-28
• 2.2.3 有机溶剂抽出物含量的测定28
• 2.2.4 综纤维素含量的测定28
• 2.2.5 硝酸乙醇纤维素含量的测定28-29
• 2.2.6 酸不溶木质素（即克拉森木素）含量的测定29
• 2.3 实验过程29-33
• 2.3.1 玉米秆皮磨木木素（MWL）的制备29-31
• 2.3.2 玉米秆皮磨木木素的红外光谱分析31
• 2.3.3 玉米秆皮的碱性硝基苯氧化实验31-33
• 2.3.4 玉米秆皮木质素的静态热解特性分析33
• 2.4 结果与讨论33-37
• 2.4.1 玉米秆皮磨木木素的红外光谱分析33-34
• 2.4.2 玉米秆皮木质素的高效液相色谱分析34-36
• 2.4.3 玉米秆皮木质素的热重分析36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 1,4-丁二醇蒸煮法分离玉米秆皮中的木质素38-48
• 3.1 实验原料和仪器试剂39-40
• 3.1.1 实验原料39
• 3.1.2 实验仪器与设备39
• 3.1.3 实验药品与试剂39-40
• 3.2 实验方法40
• 3.2.1 木质素得率的计算40
• 3.2.2 红外光谱分析（FT-TR）40
• 3.2.3 紫外光谱分析（UV）40
• 3.3 结果与讨论40-45
• 3.3.1 固液比对木质素的提取率的影响40-41
• 3.3.2 保温时间对木质素的提取率的影响41-42
• 3.3.3 反应温度对木质素的提取率的影响42
• 3.3.4 1,4-丁二醇的质量分数对木质素的提取率的影响42-43
• 3.3.5 硫酸用量对木质素的提取率的影响43-44
• 3.3.6 验证优化条件44
• 3.3.7 1,4-丁二醇木质素红外光谱分析44-45
• 3.3.8 1,4-丁二醇木质素紫外光谱分析45
• 3.4 本章小结45-48
• 第四章 高沸醇木质素合成聚氨酯薄膜的研究48-56
• 4.1 实验原料和仪器试剂49-50
• 4.1.1 实验原料49
• 4.1.2 实验仪器与设备49
• 4.1.3 实验药品与试剂49-50
• 4.2 实验方法50
• 4.2.1 原料预处理50
• 4.2.2 高沸醇木质素合成聚氨酯薄膜50
• 4.2.3 聚氨酯薄膜的力学性能检测50
• 4.2.4 聚氨酯薄膜的撕裂度检测50
• 4.2.5 聚氨酯薄膜的吸水率测定50
• 4.3 结果与讨论50-55
• 4.3.1 聚乙二醇（PEG）分子量对高沸醇木质素聚氨酯薄膜性能的影响50-53
• 4.3.2 高沸醇木质素质量分数对聚氨酯薄膜性能的影响53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 结论与展望56-58
• 5.1 论文的主要结论56-57
• 5.2 论文的创新之处57
• 5.3 下一步的研究工作57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 攻读硕士论文期间发表的论文66

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本文编号：613670