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稻草原料主要组分分离技术的研究

蒋君  
【摘要】:稻草作为一种制浆造纸原料在我国有很充分的应用,但是由于其自身的结构特点,造成传统的稻草蒸煮制浆存在诸多缺点,如由于稻草含有较高的半纤维素、灰分造成了蒸煮后黑液粘度高,碱回收困难,这样不仅给稻草蒸煮制浆带来了麻烦,也使黑液中半纤维素、木素和无机物不能得到充分利用,造成了资源浪费。本课题在稻草蒸煮前加入一个预处理过程,将半纤维素、木素和灰分抽提出来,这样不仅可以减轻后续蒸煮过程碱回收的压力,而且由于预处理条件较温和以及分步进行的预处理液成分较单一,能使预处理液里的溶出组分被更好的提取出来,使半纤维素、木素等组分得到更充分的利用。 本论文主要研究多级预处理的方式,多级预处理能有针对的分步溶出各组分,通过这样的方式可以更好地回收预处理液里的组分,通过研究主要得到两条较适宜的预处理路径:“热水预处理→碱预处理”路径和“热水预处理→酶预处理→碱预处理”路径。 1.“热水预处理→碱预处理”路径 该预处理路径有两步预处理过程,稻草先用热水进行预处理,然后再经碱预处理,两步预处理的工艺条件分别为: 稻草热水预处理的工艺条件:液比1:20,预处理时间2.5h,预处理温度80℃;稻草碱预处理的工艺条件:液比1:20,预处理时间4h,预处理温度65℃,预处理碱浓为0.65%。 2.“热水预处理→酶预处理→碱预处理”路径 稻草先用热水进行预处理,再用木聚糖酶进行预处理,最后经碱预处理,三步预处理的工艺条件分别为: 该路径的热水预处理与第一种路径所列的热水预处理采用同样的工艺条件,即:液比1:20,预处理时间2.5h,预处理温度80℃;酶预处理的工艺条件:液比1:20,预处理时间120min,预处理温度50℃,预处理pH值为7,预处理酶用量80IU/g;本预处理路径中的碱预处理的工艺条件:液比1:20,预处理时间4h,预处理温度65℃,预处理碱浓为0.45%。在碱预处理过程前增加一个酶预处理过程,保证达到相近的总预处理效果的情况下,能使碱浓从0.65%减低至0.45%,即节约约30%的用碱量。 3.预处理过程对溶出木素和溶出半纤维素结构的影响 本研究得到两条适宜的预处理路径,在两条预处理路径中共有四种预处理方法:即热水预处理、酶预处理、碱预处理(碱浓0.45%)和碱预处理(碱浓0.65%)。 通过用FT-IR的方法对预处理溶出木素和半纤维素进行检测分析,可知四种预处理方法对溶出木素和半纤维素的基本结构都没造成破坏。四条溶出木素的谱线在木素特征吸收峰1510cm-1的波数附近均出现了较强的吸收峰,表明了溶出木素的苯环骨架得到了保存;同样的四条溶出半纤维素的谱线在半纤维素的特征吸收峰3416cm-1和1046cm-1波数附近也都出现了较强的吸收峰,这两个峰是木聚糖单元中的羟基和醚键(C-O-C)出的吸收峰,表明了半纤维素的木聚糖单元的六元环结构得到了保存,同时在1169 cm-1和1735cm-1附近出的峰也表明木聚糖的侧链得到了保存。


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