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三倍体毛白杨的木素结构及其在制浆漂白过程中的变化

金小娟  
【摘要】:研究木素化学不仅可以指导制浆造纸技术,漂白技术及废水处理技术的发展,还可以为木素的综合利用提供理论依据。本文从研究速生树种—三倍体毛白杨的磨木木素(MWL)及木素—碳水化合物复合体(LCC)的结构出发,运用红外光谱、~(13)C-NMR、~1H-NMR以及高效液相色谱等手段研究了不同树龄的三倍体毛白杨的MWL及LCC的结构差异;继而探讨了三倍体毛白杨在硫酸盐法(KP)和碱性—亚钠蒽醌法(AS-AQ)两种制浆方法中浆中的残余木素及制浆废液中木素的结构差异,分析推断木素在两种制浆方法中的脱除情况和机理,推断两种浆料的可漂性;对KP和AS-AQ浆进行了少污染漂白技术的研究,采用了氧脱木素、聚木糖酶、漆酶以及仿漆酶体系进行浆料预处理,探讨各种预处理体系及不同的漂白流程对三倍体毛白杨的作用规律及反应机理,筛选合适的漂白工艺流程。研究结果表明,三倍体毛白杨的木素结构单元中对羟基苯丙烷结构单元为2.2%,愈创木基丙烷结构(G)约占44.2%左右,紫丁香基丙烷结构(S)约占53.6%左右,其S/G值约为1.21,其中所含愈创木基单元的比例略高于普通毛白杨,因此在KP法制浆和后续漂白的过程中比普通毛白杨难于降解,易形成缩合型结构;木素结构单元之间的联接方式主要为β—O—4和β—β结构,还含有少量α—O—4、β—5和5—5'结构;随着树龄的增加,紫丁香基单元所占的比例有所增加。三倍体毛白杨的LCC中碳水化合物主要由木聚糖以及葡萄糖醛酸组成,此外还含有少量阿拉伯糖;随树龄的增加,LCC中木素含量有所增加。比较两种制浆方法中残余木素的结构可知,三倍体毛白杨木素在AS-AQ法中,愈创木基型结构单元比紫丁香基型结构单元更容易发生化学反应而溶出,残余木素几乎不含有β-O-4结构,而KP浆中残留木素还保持有一定量的β-O-4联接,两种浆的残余木素中都含有一定量的缩合型结构,KP浆中残留木素的缩合程度高于AS-AQ浆,不利于后续漂白的进行;两种制浆废液木素中几乎不存在烷基芳基醚键,说明原本木素(protolignin)中烷基芳基醚键在两种制浆过程中发生了有效地断裂。漂白前先进行氧脱木素处理,KP和AS-AQ浆都取得了很好的效果,O-D_1ED_2漂白流程与D_1ED_2相比,在白度稍有提高的前提下,节约ClO_2总量25%,从而降低了漂白废水的污染负荷;经过O-D_1ED_2-P漂白后,KP浆白度可达到86.8%ISO,AS-AQ浆可达到89.4%ISO;聚木糖酶和漆酶的加入有利于提高纸浆白度,缩短漂白流程,对于KP浆白度提高的效果更为显著,另外漆酶的加入有助于漂白过程中木素的溶出,对粘度的影响较小;经仿酶体系预处理后,纸浆的白度有一定地提高,仿酶体系有利于木素的脱除,但纸浆的粘度损失也较严重,O-GIF-P与O-P漂白相比,KP浆白度提高4.3%ISO,AS-AQ浆白度提高1.3%ISO,卡伯值都有所下降,O-GIF-D_1ED_2漂白与O-D_1ED_2漂白相比KP浆白度提高了1.7%ISO,AS-AQ浆白度提高了2.7%ISO。 木文系统地探讨了三倍体毛白杨木素和木素—碳水化合物复合体的结构及其在制浆漂白过程中的变化,并将聚木糖酶、漆酶及仿酶体系运用到三倍体毛白杨的KP浆


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