1. 研究目的与意义
选择适当的溶解体系处理木质纤维原料,是目前木质纤维素资源高效综合利用迫切需要解决的重要难点之一。
利用有机体系处理木质纤维素原料,并研究主要成分的溶出行为,将为利用木质纤维素原料生产能源、材料及化学品提供重要的理论基础。
2. 国内外研究现状分析
制浆造纸工业所带来的环境问题,已引起了各国的关注。当今世界制浆造纸工业发达国家,如美国、加拿大、日本以及一些经济发达的北欧国家已经开发或正在开发木质素、纤维素高效分离技术。 1981 年 Katzes 等人提出了在间歇蒸煮中应用有机溶剂的制浆技术,这种方法的改进导致了 ALCELL 工艺的产生和发展。这项工艺适于槭木,杨木和桦木等阔叶木的制浆。在荷兰,意大利,加拿大等国先后有试验研究厂投入生产。 德国对其工艺进行了改进,用于生产针叶木可漂浆,这项工艺已命名为MD Organolcell。一个日产5吨的中间试验厂已成功运行了多年。 加拿大 Repap 公司的 Alcell(Alcohol Cellulose)法 由乙醇制浆的一个中试厂在加拿大已成功运行了多年,采用Alcell法年产14万吨的现代化浆厂正在建设之中。 Fogarassy等 用乙醇作为溶剂,亚硫酸氢盐化合物作为催化剂,蒸煮2 h,可以将原料中的木质素完全提取。Diebold等 利用乙醇蒸煮原料,乙醇浓度40%~60%,压力2.0~3.5 MPa,温度 180~210℃,纤维素得率为60%。Tyson 等 用乙醇作为溶剂,170~200℃之间蒸煮30~45 min,MgCl 作为催化剂,分离出Kappa值为33,Tappi粘度为0.02 Pas,聚合度1320的纸浆纤维,纤维素中含有大量半纤维素和少量木质素。 Black 等 使用丙酮与乙醇的有机复合溶剂,以少量无机酸为催化剂,蒸煮 2 h,可以分离出非常纯的木质素和纸浆。 Paszner 研究发现,丙酮与水的混合液在少量无机酸,如盐酸、硫酸的催化作用下,温度200℃,溶液循环六次,几乎可以得到理论量的木质素。 Vandemoek 研究了利用苯醌-对苯二酚体系制浆。 Roberts 等 通过控制有机溶剂(乙醇)pH值和蒸煮反应各步的温度变化速率,将木质素和纤维素很有效地分离开来,分离出的纸浆占原料重量的59.3%,纸浆中木质素的残留量仅占纸浆重量的5.6%。 Dehaas 等 研究发现,氨和丙酮复合溶剂对木质素的分离有增效作用。这种方法生产出的纤维强度上近似于碱法生产的纤维,但产量上增加了10%~20%。 1999年,徐永建等 研究了乙醇制浆中的自催化现象。 2001 年,蒋学等 对乙醇蒸煮木质素结构的变化进行了研究,为自催化乙醇法制浆技术提供了理论依据。 2001年,张美云等 研究了龙须草自催化乙醇制浆的最佳工艺条件和反应历程。 罗学刚等利用乙酸乙脂和乙酸的复合溶剂,降解原料中的木质素,得到的纸浆纤维不仅很好地脱除了木质素,而且很好地被漂白。 方华书等 利用高沸醇(1,4-丁二醇)溶剂,在温度190~220℃下,蒸煮1~1.5 h,可以使甘蔗渣中的纤维素与木质素分离,同时得到纤维素和高化学活性的木质素。 李勉钧等 利用高沸醇(1,4-丁二醇)溶剂,在温度220℃下保温1 h,核桃壳中的木质素因为溶解于高沸溶剂而与纤维素分离。 钱学仁等 研究了木材的近临界高压乙醇-水体系萃取木质素,得到的木质素不含硫,而且缩合少,相对分子量较低,便于进一步加工。 为了节约和充分利用植物纤维原料资源和减少环境污染,超高得率(80%以上)的化学机械浆的生产和研究也有了较快发展;生物预处理机械浆(BioMP)、蒸汽爆破机械浆(SEP)和碱性过氧化机浆(APMP)等化机浆新技术投入了生产或正在进行研究
3. 研究的基本内容与计划
研究内容:比较酶解纤维木质素cel和新型溶剂预处理后酶解纤维木质素rcel的提取情况
3.1~3.5,准备原料,用licl/dmso溶液处理脱脂木粉(杨木和马尾松)
3.6~3.7,将用新型溶剂处理过的木粉用高速离心机进行再生,并冷冻干燥
4. 研究创新点
新型溶剂处理与球磨形成对照,选择更有利于木质素完整提取及节约能耗的提取措施。
