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玉米秸秆木质素提取表征及应用研究

张坤  
【摘要】:近年来,世界正面临着能源危机,这与化石燃料的不可逆消耗有重大关系,而化石燃料的日益枯竭将严重影响和制约社会经济的可持续发展。减少化石燃料的消耗,寻求可再生能源成为人们亟待解决的问题。对利用木质纤维原料作为生物能源的研究受到重点关注。在纤维素和半纤维素之后,木质素是第三大木质纤维原料,在植物细胞壁广泛存在,为天然多酚类聚合物,具有产量巨大、可再生、易降解的特性,在高效吸附剂、染料分散剂、混凝土减水剂等高分子材料的合成和改性方面有广阔的应用价值。农业废弃物玉米秸秆中的木质素含量丰富,为充分利用玉米秸秆资源,本文开展了玉米秸秆木质素的提取表征及应用研究。本文应用碱溶-醇沉-酸析方法提取玉米秸秆木质素,中心组合试验优化工艺条件为碱浓度2.40 mol/L、反应时间3,10 h、提取温度74℃,木质素的提取率达到69.71%。经热失重曲线(TG)、红外光谱(FT-IR)和紫外可见光谱(UV-Vis)结构分析表明,木质素在130~500℃内发生热分解反应,部分官能团发生交联后具有很高的热稳定性,最大紫外吸收峰位于282nm处,存在较多的化学活性基团。所得木质素因其化学活性高,可通过分子设计改性为高分子材料。玉米秸秆糖醇生产过程中,产生大量黑液副产物,木质素为主要组分。本文通过磺化反应、磺甲基化反应将磺酸基、磺甲基等官能团引入木质素,延长碳链的同时增大分子亲水性,通过分子改性,制备成水泥减水剂。以减水率、抗压强度、凝结时间为指标,探讨木质素基减水剂的减水规律,进一步结合X射线衍射和扫描电镜法研究木质素基减水剂对水泥水化作用的影响。结果表明:通过磺化和磺甲基化反应改性制备的木质素基减水剂,有效延缓水泥的初期水化,并且促进水泥的后期水化,分散效果明显。水灰比0.35,掺量为1.2%时,减水率为17.5%,达到高效减水剂标准。掺加减水剂试样的初凝、终凝时间均显著延长,有效提高水泥硬化体抗压强度。本研究以玉米秸秆为原料,优化工艺条件提取得到高产率的玉米秸秆木质素,并通过不同方法表征玉米秸秆木质素结构和性质。通过化学改性将玉米秸秆糖醇黑液制备成水泥减水剂,达到高效减水剂标准,具有良好的应用性能,为玉米秸秆的资源化利用提供新途径。


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