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《齐鲁工业大学》 2017年
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竹溶解浆预水解液中木素选择性脱除机理的研究

仝瑞平  
【摘要】:溶解浆是一种由高纯度、优质纤维素组成的化学浆,近年来由于粘胶纤维产量增加,增大了对原料的需求量,棉短绒及木材已满足不了溶解浆对它的需求。预水解是生产高质量溶解浆的重要一步,在预水解的过程中可以溶解大部分的半纤维素和少量木素,半纤维素燃烧值较低,而将半纤维素及其降解产物提取出来,可以转化加工木糖醇、燃料乙醇和生物柴油等高附加值的化学品,然而存在的木素,会抑制半纤维素发酵生产木糖醇与乙醇,因此高效去除木素,分离半纤维素具有重要意义。本文以黄竹为原料,通过优化蒸煮与漂白的工艺条件制备黄竹溶解浆。在预水解阶段加入硼酸,研究不同硼酸用量对黄竹预水解液组分的影响,利用溶解浆生产的过程产物预水解液研究其中的木素结构,并用碳酸钙和聚合氯化铝(PAC)对预水解液处理,研究对水解液组分的影响并探讨木素脱除机理。利用预水解硫酸盐法蒸煮、OP-Q-P(过氧化氢氧脱木素-螯合处理-过氧化氢漂白)三段漂制备出了符合要求的黄竹溶解浆。蒸煮工艺优化为:用碱量20%,硫化度20%,H-因子1238.98。OP-Q-P三段漂工艺优化为:过氧化氢氧脱木素阶段,过氧化氢用量4.0%;螯合处理阶段,螯合处理剂EDTA二钠用量0.30%;过氧化氢漂白阶段,过氧化氢用量5.0%。经过上述过程浆料最终指标为:白度83.69%ISO,聚合度498.27,卡伯值0.80,聚戊糖6.18%,α-纤维素95.61%,Fe离子45.76mg/kg,得率27.46%。为了在预水解阶段将更多的半纤维素溶解到预水解液中,研究了在预水解阶段加入硼酸对预水解液的影响。研究显示:在预水解阶段加入硼酸后水解竹片的水解得率提高,硼酸加入量为0.50%时水解竹片中α-纤维素含量最高;寡糖是预水解液的主要成分,加入硼酸后乙酸占总糖的比例和糠醛占木糖的比例增加,说明预水解液中有较多的半纤维素降解产物;通过物料平衡分析得出,预水解液中一部分酸溶木素可能由黄竹中的酸不溶木素转变而来。采用酸化和真空旋转蒸发处理预水解液,通过红外、~1H-NMR和Py-GC/MS对提取的酸析固体和垢进行分析,研究预水解液中木素的结构。黄竹预水解液中的木素主要是紫丁香基型木素,对羟基苯基型木素含量最少;紫丁香基型木素中存在β-1、β-5、β-O-4、β-β连接键。裂解温度为800℃时,愈创木基和紫丁香基型木素上的酚醛基、甲氧基和侧链羟基大量脱落,取代位为甲基、乙烯基、乙基等苯酚大量产生。为了利用溶解浆生产的过程产物预水解液生产高附加值产品,研究了碳酸钙和PAC作为纯化剂对预水解液中木素脱除的影响。碳酸钙对预水解液组分的影响通过吸附作用,单组份碳酸钙在最佳用量1.70%时,总糖去除率4.40%,酸溶木素选择性去除率58.06%;单组份PAC处理预水解液在最佳用量200ppm时,总糖去除率5.63%,酸溶木素选择性去除率62.26%;碳酸钙与PAC相组合优于单组份,提高了酸溶木素选择性去除率,其中先加入碳酸钙要优于先加入PAC;CaCO_3/PAC用量2.0%/200ppm时对酸溶木素选择性去除率最大77.22%,总糖去除率最小2.74%,酸溶木素去除率为9.29%,其中去除的糖组分主要为葡萄糖和甘露糖。
【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】:TS713

【参考文献】
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