在磷酸介质中棉纤维素降解为低聚合度葡聚糖的研究

发布时间：2017-09-04 18:43

  本文关键词：在磷酸介质中棉纤维素降解为低聚合度葡聚糖的研究

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【摘要】：本文以棉纤维为原料,在保持纤维素分子链连接结构不变的基础上,利用磷酸对棉纤维素分子链进行切割,降低其分子量。棉纤维素在磷酸介质中降解得到了平均聚合度(DP)为100~140范围内的非水溶性葡聚糖和DP≈7的水溶性葡聚糖。获得DP108的非水溶性葡聚糖的反应条件为:7g棉纤维素、60m L 85wt%磷酸、反应温度55℃、反应时间8h,水为沉淀剂。获得DP为7左右的水溶性葡聚糖的较佳反应条件为:7g棉纤维素、60 m L 85wt%浓磷酸、反应温度55℃、反应时间10h、沉淀剂为丙酮。棉纤维素在磷酸介质中降解的基础上,对降解方法进行了考察,实验结果表明:二步法、加快反应速率降解法和减缓反应速率降解法均未能得到DP10~100范围内的葡聚糖。这说明在磷酸介质中棉纤维素降解制备非水溶性葡聚糖,在降解程度上只能得到DP100~140的葡聚糖。分别以甲醇、乙醇、丙酮和四氢呋喃为沉淀剂,考察了析出产物DP的变化。相比于丙酮和四氢呋喃,甲醇和乙醇所析出葡聚糖样品的DP更均一。通过选择沉淀剂种类、沉淀剂和磷酸降解液的体积比(R)以及反应时间,均可得到均一性良好的DP60~100范围内的葡聚糖。对于DP为10~60葡聚糖难以获得,可能是因为该范围内的低聚合度葡聚糖能够迅速发生降解,生成了水溶性葡聚糖(DP≤7)。本实验考察了水溶性葡聚糖的生成速率,结果表明:该反应在50℃、55℃和60℃下,水溶性葡聚糖的生成速率常数分别为0.075h-1,0.100h-1和0.125h-1;50~60℃范围内的反应活化能(Ea)为45.72kJ·mol-1。水溶性葡聚糖生成速率的考察结果进一步说明,在磷酸介质中,棉纤维素降解过程中的低聚糖水解反应活化能较低,因此导致了DP10~60范围内的葡聚糖发生迅速降解,生成了水溶性葡聚糖。用凝胶渗透色谱法(GPC)对比分析了降解前后的纤维素分子量分布的变化,傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)分别表征了其结构和结晶度的变化。结果表明:原纤维素在磷酸介质中降解后,在纤维素分子链上没有新的官能团产生,分子间的部分氢键被破坏,在保持纤维素吡喃葡萄糖链结构的基础上按照反应设计路线降低了纤维素的结晶度和分子量。
【关键词】：葡聚糖 棉纤维 磷酸 低聚合度 动力学
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O636
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 葡聚糖的制备9-12
• 1.1.1 从酵母细胞中制备9-10
• 1.1.2 从谷物中制备10-11
• 1.1.3 从纤维素中制备11-12
• 1.2 纤维素降解方法12-14
• 1.2.1 热降解12
• 1.2.2 酶降解12
• 1.2.3 氧化降解12-13
• 1.2.4 碱降解13
• 1.2.5 酸降解13-14
• 1.3 不同分子量葡聚糖的应用14
• 1.4 本论文研究的主要内容、目的及意义14-17
• 第二章 实验部分17-25
• 2.1 实验原料、试剂及仪器17-18
• 2.1.1 实验原料及试剂17-18
• 2.1.2 实验仪器设备及型号18
• 2.2 实验机理18-19
• 2.3 实验过程19-25
• 2.3.1 降解方法19-21
• 2.3.2 处理方法21
• 2.3.3 纤维素-Li Cl/DMAc溶液的制备21-22
• 2.3.4 产物的表征22-25
• 第三章 实验结果及分析25-47
• 3.1 在磷酸介质中纤维素降解条件的考察25-29
• 3.1.1 在磷酸介质中纤维素降解制备非水溶性葡聚糖25-28
• 3.1.2 在磷酸介质中棉纤维素降解制备水溶性葡聚糖28-29
• 3.2 二步法降解棉纤维素29-30
• 3.3 加快反应速率降解棉纤维素30-31
• 3.4 减缓反应速率降解棉纤维素31-33
• 3.4.1 浸泡法31-32
• 3.4.2 加入磷酸盐法32-33
• 3.5 沉淀剂的考察33-37
• 3.5.1 沉淀剂种类的考察33-34
• 3.5.2 优化反应条件34-37
• 3.6 生成水溶性葡聚糖生成速率的研究37-40
• 3.7 葡聚糖表征结果40-47
• 3.7.1 GPC测试结果分析40-43
• 3.7.2 动态光散射测重均分子量43-44
• 3.7.3 红外结构表征44-45
• 3.7.4 XRD表征45-47
• 第四章 结论47-49
• 参考文献49-55
• 致谢55-57
• 攻读硕士期间所取得的相关科研成果57

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本文编号：793229