稻草氧碱制浆溶出木质素的分离与结构表征开题报告

1. 研究目的与意义

木质素是构成植物骨架的三大主要成份之一，主要存在于木本植物和草本植物中,还存在于所有的维管植物中,是仅次于纤维素的贮量丰富的天然有机物。估计每年全世界由植物生长可产生1500亿吨木质素。人类利用纤维素已有数千年的历史,而木质素却至今没有大量、广泛地被利用,其研究工作,也只是1930年后才真正开始。人们在利用纤维素的同时,产生了大量的作为废弃物的木质素,严重地污染了环境。

进入环境的木质素,有两种类型:一是木材水解工业产生的木质素、数量较少,国外利用较好;二是造纸工业产生的木质素,主要存在于造纸废水中。国外利用木材造纸,造纸废液进行碱回收,同时将木质素燃烧转变成热能,所以造纸废液不会对环境造成污染。而我国以麦草、稻草、芦苇、甘蔗渣造纸为主,很难进行碱回收,这些造纸废液往往不经处理或简单处理后直接排入下水道污染环境。造纸废水中的主要污染物是木质素,它难生化降解,而废水数量占到全国工业废水量的30%,严重地污染了地表水和地下水,造成其周围城镇居民生活用水困难,健康水平下降,国际上十分关注。从造纸黑液中回收的木质素具有良好的理化特性,是一种重要的工业原料,在工农业生产的许多领域具有潜在的应用价值。

木质素作为一种储量丰富、性能优良、用途广泛、价格低廉的可再生的天然高分子有机物,在强调资源利用集约化的今天,木质素的存在及其应用价值越来越引起人们重视。因此,今后进一步研究需求量大、技术先进、经济效益好、有市场前景的木质素利用技术,是促进木质素工业发展的重要前提。加强木质素利用工艺技术的研究、开发,不仅可变废弃物为有用资源,而且必将促进制浆造纸废水的根本治理,从而为人类社会带来显著的社会效益、环境效益与经济效益的统一。

2. 国内外研究现状分析

为防止制浆造纸黑液的污染，国内外专家广泛开展了黑液综合利用的研究与探讨。有效综合利用制浆造纸黑液的途径主要分为两类:（l）直接利用造纸黑液；（2）间接可循环利用制浆造纸黑液中的资源，如碱木素及其有机物分别回收加以综合利用。在当前国际原油价格不断攀升，一次性能源的供应日趋严谨，人们周围生存环境的不断恶化，使得更多的研究学者将更多的目光集中在可再生资源的开拓和合理使用方面上。

制浆造纸工业是一个对环境造成有害污染较多的行业之一，并以蒸煮过程中废液的污染负荷尤其最高，其化学需氧量（CODCr）和生化需氧量（BOD5）等污染源头占企业的90%以上。因此，有效的处理蒸煮废液是一个迫在眉睫的环保问题。通过对蒸者废液的有效利用，对企业来讲也是一个极其重要的经济问题。充分了解黑液的成分，并对它进行细致的分析，才能变废为宝。从造纸黑液中分离木质素的方法主要有3种：（1）酸析法，降低黑液的pH，使碱木质素沉淀析出；（2）絮凝法，在造纸黑液中加入电解质，破坏木质素的胶体性质，使其沉淀；（3）超滤法，采用超滤膜分离。这些方法具有较好的效果，但要耗费大量的碱、酸试剂，需要对废液进行再处理，增加了木质素提取的成本。因此，研究较经济的提取木质素的方法，对造纸黑液中木质素进行回收和综合利用，是减少污染、增加效益的有效途径。

3. 研究的基本内容与计划

利用酸沉法分级分离稻草黑液里的木素，同时，从稻草分级分离木素，通过元素分析、红外光谱图、紫外光谱图、13CNMR谱图、2D13C-1HNMR谱图等对碱木素的结构进行表征，比较同一种原料中不同级木素结构上的差异，不同原料同一级木素结构上的差异。

4. 研究创新点

制浆造纸黑液是我国造纸工业废水的主要来源，随着我国造纸规模的扩大，每年黑液的产生量也在增加。以草浆为原料蒸煮产生的黑液，其含有烧碱、木质素、半纤维素等物质，这些物质假如可以从中提取出来，可以作为化工原料。黑液可以通过酸析法来提取其中的木素，木素通过化学改性可以制成化工原料应用于石油、化工等行业，木素提取后剩下的滤液可以当做蒸煮用水。用这种方法不但能有效的处理黑液，还能将黑液中的有用成分分离出来，再加以利用。