可循環(huán)混合溶劑分離水稻秸稈組份的研究.pdf

1、隨著化石資源的日益枯竭，人們越來越重視對生物質資源的開發(fā)和利用。農作物秸稈由于產量大、生長周期短而成為真正意義上的取之不盡的可再生資源，其主要組份(纖維素、半纖維素和木質素)的環(huán)?；蛛x是實現該類生物質原料高值化利用的關鍵。本論文開展了可循環(huán)溶劑體系用于水稻秸稈成份分離的相關技術和工藝研究。
　　 首先，探索了水煮和水抽提處理對水稻秸稈組份的影響，發(fā)現預處理后秸稈中半纖維素和木質素的含量均有所降低；在此基礎上，考察了以乙二醇/水

2、/催化劑組成的混合體系為溶劑，分離水稻秸稈纖維素、木質素和半纖維素等組份的相關工藝條件，重點研究了催化劑對組份分離的影響，結果表明，以0.1 mol/L硫酸作為催化劑，可以實現半纖維素的深度水解，同時促進木質素在混合溶劑中的溶解；0.1 mol/L氫氧化鈉催化分離秸稈組份，可高效脫除木質素，但對半纖維素的去除效果不如以硫酸為催化劑明顯；以碳酸鈉等弱堿和氯化鋅、溴化鋰等Lewis酸為催化劑，對組份分離的效果較差。此外，我們還結合實驗研究結

3、果，分析了催化劑作用機理，認為：強酸條件有助于半纖維素的水解，并削弱木質素之間及其與半纖維素之間的化學鍵合，提高了木質素在溶劑中的溶解度；強堿則可以更有效地破壞木質素結構中的酯鍵等薄弱點，此外，苯醇基團在堿性體系中容易甲基化，可有效防止木質素α-碳位的縮合。
　　 為了進一步提高秸稈組份分離的效率，本文開展了乙二醇/水/催化劑混合溶劑與蒸爆預處理相結合分離秸稈組份的研究。通過正交試驗得到的最佳條件為：乙二醇濃度80％，反應時間9

4、0 min，反應溫度100℃；此條件下分離所得的纖維素產品中，綜纖維素含量達到94.15％，殘留酸不溶木質素含量1.97％，灰分含量3.88％，聚合度287.45。
　　 本文還進一步嘗試將秸稈組份分離與纖維素漂白同步進行，選擇成本更低和更加環(huán)保的乙醇/水的混合物為溶劑體系，并添加過氧化氫，在實現秸稈纖維素組份分離的同時，同步完成了纖維素漂白。通過正交設計，得到了最佳工藝條件為：反應溫度80℃、過氧化氫濃度1.5g/120 ml

5、、乙醇濃度80％、反應時間10 h；分離所得纖維素樣品中綜纖維素含量達到95.61％，殘留酸不溶木質素含量2.02％，灰分含量2.37％，聚合度1150.64。
　　 通過減壓蒸餾回收乙二醇/水/催化劑混合溶劑(回收率為96％)，發(fā)現在不外加催化劑的條件下，回收溶劑可循環(huán)處理水稻秸稈，其對半纖維素的分離效果略優(yōu)于原溶體系，對木質素的分離效果與原溶劑相當。乙醇/水/過氧化氫混合溶劑提取秸稈纖維素后，混合溶劑中的乙醇可以通過減壓蒸餾