麦草水溶性LCC的分离技术研究开题报告

 2021-08-08 20:03:55

1. 研究目的与意义

我国是一个悠久历史的、已非木材纤维原料为主的国家,大约一千多年前,竹材等非纤维原料就已用于制浆造纸产业。麦草是非纤维原料中具有代表性且一年生的木质纤维资源,主要由木质素、半纤维素和纤维素三大部分组成。在农业废弃物中,麦草占据约70%-75%,只有利用好数量庞大的、价格低廉的草类资源,才是明智之举。其中,半纤维素与纤维素之间仅存在物理作用力而无化学键联接已趋向定论;而半纤维素与木质素之间除有物理作用力外,还存在化学联接。

现研究已有发现,部分木质素和部分半纤维素之间确实存在化学键,构成所谓木质素-半纤维素复合体(lignin-carbohydratecomplex,简称lcc)。lcc化学结构比较复杂,迄今为止并没有发现其具体结构,但研究者们已经发现lcc主要有苯甲基醚键、酯键、糖苷键和缩醛键四种连接键型。然而,关于lcc的化学结构和潜在的功能仍有待进一步的研究,而从植物中有代表的分离分离lcc是该研究的前提。在很多外国学者对木材lcc的研究产生很大兴趣,但对禾本科lcc的研究甚少。禾本科原料的木质素主要结构单元有愈疮木基丙烷(g)、紫丁香基(s)、对-羟基苯基丙烷(h)三种,相对分子量较小。同时,禾本科原料还含有更多的半纤维及较多的lcc结构。因此,从麦草原料中分离出水溶性lcc,并对其物化性质及结构进行表征具有深远意义。

本实验建立从麦草秸秆原料中系统定量有代表性地分离水溶性lcc的方法; 对分离出的水溶性lcc进行结构表征,了解lcc组分的性质,为水溶性lcc的应用提供依据。本实验对建立禾本科纤维原料lcc的基础理论及麦草水溶性lcc的应用具有重要意义;为高效综合利用木质纤维原料提供新方向;水溶性lcc的分离提取对后续其生物活性测定,及其应用有多方面的优势。

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2. 国内外研究现状分析

近年来国内外在从麦草原料中分离出水溶性lcc方面做了许多的研究,1953年traynard等首次采用水溶剂抽提法(140℃水抽提)分离提取白杨木原料中水溶性lcc,此方法制备出的水溶性lcc得率高(16 % - 18 %,相对于原料),但其纯度低,该方法仅适合于阔叶木原料中水溶性lcc的分离,且分离出的水溶性lcc仅能部分地代表原料中原本 lcc。同时分析其化学组成和结构特性发现,水溶性lcc富含部分碳水化合物,水溶性lcc中木质素的分子量分布和碳水化合物的分子量分布具有相似性。

1976年yaku等对制备磨木木素后的残渣依次用dmf和热水(70-80℃)进行抽提,分别获得bjorkman lcc和水溶性lcc,两种lcc级分合并,称为lcc-hwf级分。该方法综合考虑了水溶剂和有机溶剂抽提法的特点,制备的lcc纯度高,其得率(12.8 %,相对于原料)明显高于水抽提法和有机溶剂抽提法制备的lcc得率,同时还可代表原料原本lcc,对阔叶木原料中lcc的分离也是适用的。

meshitsuka等人为了弄清残余木质素的抗碱性能,用三甲基乙酰碘化物在特定条件下处理针叶木硫酸盐,经处理后的浆料的硬度明显下降,表明了残余木质素中存在的lcc的苯基糖苷键没有发生断裂,使得木质素难以脱除。因此,原料中以苯基糖苷键形式存在的lcc可能是影响木质素脱除的一个重要因素。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

1、不同预处理程度木质纤维原料在licl/dmso木质纤维全溶体系中的溶解-再生规律研究

(1)不同程度球磨处理的麦草粉在licl/dmso木质纤维全溶体系中的溶解性能;

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4. 研究创新点

1、采用液-液提取克服常规固-液提取中的传质阻力,提高LCC分离效率。

2、麦草水溶性LCC的分离提取建立在一个新的方法上:球磨-8%LiCl/DMSO溶解-水再生(抽提)-醇沉淀-LCC粗样-LCC提纯。

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