基于蒸汽爆破制备玉米芯和木薯酒糟木质素及其结构表征

发布时间：2017-08-08 04:03

  本文关键词：基于蒸汽爆破制备玉米芯和木薯酒糟木质素及其结构表征

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【摘要】：木质素(1ignin)是一种自然界储量非常丰富的可再生芳香族高分子聚合物。现阶段木质素的利用局限于低附加值领域,大量木质素资源通常被用于燃烧供热。高纯度低分子量木质素可用于代替石油基芳香族化合物的制备以及用于生物基功能高分子材料的制备。本论文分为三部分,第一部分通过稀酸蒸汽爆破预处理(质量浓度0.5%硫酸、1.5 MPa、5 min)去除玉米芯中的半纤维,优化高热乙醇提取木质素参数,将稀酸蒸汽爆破物料为原料,在体积分数80%乙醇水溶液160℃提取120 min后,木质素的提取率为41%,纯度为94%。该木质素的分子量较低(Mw=683 g·mol-1,Mn=504 g.mol-1)；红外谱图结果初步显示该木质素中部分C-O-C连接键发生断裂；通过二维核磁HSQC进一步表明该木质素侧链基团部分仅存在少部分β-O-4连接,其余C-C,C-O-C连接键在弱酸、蒸汽爆破和压力乙醇溶液的条件下发生了水解,导致木质素分子量的降低；HSQC结果,表明在微量酸的存在导致了S型单体中甲氧基的脱除,从而促使S型单体转化为G型单体。稀酸蒸汽爆破耦合高热乙醇提取后,纤维素组分酶解转化率从23%提升到95%；第二部分探究了采用不同碱预浸渍蒸汽爆破提取玉米芯木质素,二维核磁HSQC显示该方法所得到的木质素中常常混有部分半纤维素,在3%碱浓度预浸渍3.05汽爆强度下,木质素纯度达84%,该木质素分子量较大,且分子量与蒸汽爆破强度呈反比关系,碱在蒸汽爆破的高温过程中仅能实现部分木质素的降解。碱法蒸汽爆破物料中纤维素组分纯度得到很大提高,在6%碱浓度预浸渍3.64汽爆强度下,纤维素组分纯度可达83%,并显示出良好的酶解转化率,酶解转化率上升至90%以上第三部分以木薯酒糟为原料,确定木薯酒糟中木质素的含量,经过稀酸蒸汽爆破预处理、弱碱温和提取、有机溶剂纯化等步骤,得到纯度很高的木薯酒糟木质素,大部分样品中仅检测到极少量的碳水化合物。当硫酸质量浓度为0.9%,蒸汽爆破条件为0.9 MPa,11 min时,木质素纯度高达93.3%；当硫酸质量浓度为0.6%,蒸汽爆破条件为1.2 MPa,11 min时,木薯酒糟木质素提取率高达73.8%。通过DPPH法测定了木薯酒糟中木质素的抗氧化性,证明了木薯酒糟木质素具有一定的潜力应用于抗氧化剂。
【关键词】：蒸汽爆破 木质素 纤维素 结构表征 酶解糖化
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O636.2
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-30
• 1.1 生物质原料16-17
• 1.2 木质纤维素17-18
• 1.3 木质素的制备方法18-21
• 1.3.1 Kraft木质素18-19
• 1.3.2 木质素磺化盐19-20
• 1.3.3 贝克曼木质素(MWL)20
• 1.3.4 酶解木质素(CEL)20
• 1.3.5 有机溶剂木质素20-21
• 1.3.6 蒸汽爆破木质素21
• 1.4 木质素结构表征的有力手段21-23
• 1.4.1 紫外吸收光谱21
• 1.4.2 红外光谱21-22
• 1.4.3 核磁共振22
• 1.4.4 气相质谱22
• 1.4.5 凝胶渗透色谱(GPC)22-23
• 1.5 木质素的利用23-25
• 1.5.1 木质素在材料领域的利用23-24
• 1.5.2 木质素在可再生能源及芳香族化合物领域的利用24-25
• 1.6 纤维素的利用25-27
• 1.6.1 纤维素在材料领域的利用25-26
• 1.6.2 纤维素在能源领域的利用26-27
• 1.7 主要研究内容27-28
• 1.8 本课题的研究意义28-30
• 第二章 稀酸蒸汽爆破与高热乙醇偶联法制备玉米芯中木质素30-46
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验材料与实验仪器31-32
• 2.2.1 实验材料31
• 2.2.2 实验仪器31-32
• 2.3 实验步骤32-37
• 2.3.0 高热乙醇提取木质素实验条件的优化32
• 2.3.1 稀酸蒸汽爆破与高热乙醇偶联制备玉米芯中木质素32-33
• 2.3.2 木质素提取率33
• 2.3.3 木质素分子量的测定33
• 2.3.4 NREL法分析木质素组分和纤维素组分中主要成分33-36
• 2.3.5 傅里叶变换红外光谱36
• 2.3.6 异核单量子碳氢二位核磁(HSQC)36-37
• 2.3.7 纤维素组分的晶体结构变化37
• 2.3.8 处理过程中木质纤维素表面形态的变化特征37
• 2.3.9 纤维素组分的酶解糖化37
• 2.4 实验结果与讨论37-45
• 2.4.1 高热乙醇提取木质素实验条件的优化37-38
• 2.4.2 不同处理过程中玉米芯木质纤维素的组分变化38-39
• 2.4.3 傅里叶变换红外光谱分析39-42
• 2.4.4 异核单量子碳氢相关谱图分析42-43
• 2.4.5 扫描电子显微镜表观形态分析43-44
• 2.4.6 蒸汽爆破醇提木质素后纤维素部分纤维素晶体的结构44
• 2.4.7 纤维素酶解44-45
• 2.5 本章小结45-46
• 第三章 碱法蒸汽爆破制备玉米芯木质素46-60
• 3.1 引言46-47
• 3.2 实验材料和方法47-48
• 3.2.1 实验材料47
• 3.2.2 实验仪器47-48
• 3.3 实验步骤48-49
• 3.3.1 碱法蒸汽爆破提取玉米芯中木质素48
• 3.3.2 碱爆木质素(ASEL)和碱爆后富含纤维素组分(CRF)的成分分析48
• 3.3.3 木质素分子量的测定48
• 3.3.4 傅里叶变换红外光谱48-49
• 3.3.5 异核单量子碳氢二位核磁(HSQC)49
• 3.3.6 纤维素组分的晶体结构变化49
• 3.3.7 碱爆后富含纤维素组分的酶解糖化49
• 3.4 结果与讨论49-57
• 3.4.1 碱法蒸汽爆破木质素和富含纤维素部分的全组分分析49-51
• 3.4.2 碱法蒸汽爆破木质素的特征官能团51-53
• 3.4.3 碱法蒸汽爆破木质素的分子量53-54
• 3.4.4 碱法蒸汽爆破木质素的结构分析54-56
• 3.4.5 碱法蒸汽爆破后富含纤维素样品的晶体变化56-57
• 3.4.6 碱法蒸汽爆破后富含纤维素样品的酶解糖化57
• 3.5 本章小结57-60
• 第四章 木薯酒糟中木质素的提取及其抗氧化性表征60-70
• 4.1 引言60-61
• 4.2 实验材料和方法61-62
• 4.2.1 实验材料61
• 4.2.2 实验仪器及规格61-62
• 4.3 实验步骤62-65
• 4.3.1 蒸汽爆破预处理木薯酒糟62
• 4.3.2 弱碱法提取木薯酒糟中的木质素62-63
• 4.3.3 有机溶剂法纯化木质素63
• 4.3.4 蒸汽爆破木薯酒糟和木薯酒糟木质素的全组分分析63-64
• 4.3.5 木薯酒糟木质素的分子量测定64
• 4.3.6 木薯酒糟木质素的抗氧化性测试64
• 4.3.7 木薯酒糟木质素的~(31)PNMR64-65
• 4.4 结果与讨论65-68
• 4.4.1 蒸汽爆破木薯酒糟的全组分分析65
• 4.4.2 木薯酒糟木质素的全组分分析65-66
• 4.4.3 木薯酒糟木质素的分子量测定66-67
• 4.4.4 木薯酒糟木质素的抗氧化性67-68
• 4.5 木薯酒糟木质素的~(31)P NMR68-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 全文总结与展望70-72
• 5.1 全文总结70
• 5.2 展望70-72
• 参考文献72-78
• 致谢78-80
• 研究成果及发表的学术论文80-82
• 成果及专利80-82
• 导师简介82-84
• 作者简介84-85
• 附件85-86

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本文编号：638087