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催化氧化降解木质素及其应用

朱旭东  
【摘要】:木质素是除纤维素、半纤维素之外广泛存在于木质纤维素类生物质中的另一类天然高分子。木质素主要来源是纸浆和造纸工业中的副产物,能否有效的利用木质素在近几年受到了广泛的关注与研究。此外,在造纸或其他工业中能否以一种对环境无污染的方法来高效去除木质素已成为研究的热点。在本课题研究了催化氧化方法对木质素进行降解,并利用该方法有效地从甘蔗渣中去除了木质素进而制取了纤维素粉末,最后进一步拓展了木质素的用途,制备了一种聚丙烯/木质素复合材料。在使用催化剂Dragon和H_2O_2催化氧化降解木质素的过程中分别讨论了反应时间、催化剂用量、氧化剂H_2O_2用量及浓度、体系的pH值、反应温度等对降解率的影响。通过紫外可见光谱、1HNMR谱图、红外光谱谱图、HPLC高效液相色谱等分析方法对木质素降解过程进行了跟踪和讨论。此外,还对木质素模型化合物——阿魏酸在该体系下的降解进行研究。实验结果表明,木质素在Dragon/H_2O_2体系下降解率能达到90%以上,降解过程中木质素的苯环结构被破坏,生成了不含苯环的脂肪族类化合物。通过对木质素在Dragon/H_2O_2催化氧化体系下降解的研究,将该体系运用到甘蔗渣的脱木质素中去。研究了脱木质素过程中预处理、Dragon/H_2O_2催化氧化体系降解木质素、纤维素进一步降解得到纤维素粉末等步骤的工艺条件。最终甘蔗渣脱木质素程度高(95%),纤维素收率大(83%),产品白度高,纤维素粉末持水力达到10.0g/g。Dragon/H_2O_2体系脱木质素对木材纤维原料作用不佳,但对非木材纤维原料效果显著,并且在脱木质素的同时能避免对纤维素造成较大的破坏。为了进一步开拓木质素的应用,研究了一种聚丙烯/木质素复合材料的制备。在该复合材料中通过加入相容剂PP-g-MAH解决了由于界面极性相差大,木质素与PP基体无法良好相容的问题。并研究了添加钛酸钾晶须对复合材料综合力学性能的影响以及增韧剂POE-g-GMA对复合材料的增韧效果。


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