1. 研究目的与意义
近年来,虽然通过增加木浆比例和提高废纸资源的利用率来调整制浆造纸原料结构,但麦草仍是我国重要的纤维资源。因此研究麦草在制浆及漂白过程中木素结构的变化对发展我国造纸工业具有举足轻重的作用。我国麦草秸秆的储量巨大,但是对其的利用确相对较低,大部分秸秆被作为垃圾人为燃烧,不仅污染空气,而且危害人体健康。所以对麦草的综合利用对我国有重大的意义。木质素-碳水化合物复合体是麦草中的一类高聚物,LCC活性丰富但应用不足,所以LCC应用潜力巨大。但是至今为止,研究人员都没有找到针对LCC高效、且结构变化低的分离分级方法。LiCl/DMSO木质纤维全溶体系可以有效地溶解纤维素、半纤维素和木素,而且加入再生溶液(如水,乙醇等)可以回收溶解的组分,也是近年开发的新型木质纤维全组分溶解体系,具有高效、反应条件温度等优点,可以作为农林生物质细胞壁的全组分改性、表征、分离的反应介质。LiCl/DMSO木质纤维全溶体系为农林生物质资源的绿色应用提供了崭新的平台,也为农林生物质在离子液体中的全组分溶解和分离提供了理论依据。
2. 国内外研究现状分析
目前,我国农作物秸秆中的30%用作农用燃料,25%用作饲料,3%用作工业生产原料,7%直接还田,35%被露天焚烧或随意丢弃。焚烧秸秆不仅对环境造成了严重的污染,影响空气质量。更浪费了大量的宝贵资源,显然我们对于秸秆的认识及了解还不够,仅仅把它用于一些简单的农业应用,而在工业上的应用还远远不够。如果对秸秆进行充分的利用,这将对生物质能源做出巨大的贡献。随着制浆造纸产业的进一步升级,以及技术的进步麦草秸秆在制浆、造纸领域所占比例可能会进一步提升。同时未来的制浆造纸工厂可能不再仅仅只是生产纸浆与纸张。生物炼制与制浆造纸的有机统一可以令我们更加进一步的开发麦草秸秆的潜力,麦草秸秆一定会成为造纸行业的新宠。高效且有代表性的分离麦草原料中的lcc是lcc大规模应用的首要前提,而透彻且准确的了解lcc的化学结构与物理性质,则是lcc大规模应用的重要条件。
wang等在研究球磨时间对木质素结构的影响时提出了一种全新的木质纤维素全溶licl/dmso溶剂体系。该溶剂体系的最大优点是行星球磨制备样品时,球磨时间可以缩短到2h,而且全溶时样品浓度可高达10%。这为分析木质素的全组分及从全溶体系中分离出木质纤维素细胞壁各组分提供了一个理想的溶剂体系。使用该溶剂体系得到的木质纤维素全溶组可以直接用紫外和核磁共振进行分析。从硝基苯氧化反应结果得知木粉通过2h球磨处理后木质素中苯环的结构变化非常小,臭氧降解反应也显示出木质素单体酯键β-o-4芳基醚键断裂产生的赤型、苏型结构比例的降低较少。所以,licl/dmso溶剂体系为分析木质纤维中全组分或从全组分中分离各组分提供一种良好的溶剂。
在木化植物中,木素、纤维素、半纤维素相互贯穿着,为了研究木素-碳水化合物复合体,往往需要从植物中把木素-碳水化合物复合体分离出来。1957年,bjrkman用dmf和50%醋酸抽提处理制取磨木木素后剩下的残渣,得到木素和糖构成的抽提物组分。这个组分即使用50%醋酸、二氯乙烷-乙醇作溶剂抽提,还是不能除去糖的成分。因此bjrkman认定二者之间存在相互联结,认为是形成了某种形式的结合体,首次提出了木质素-碳水化合物复合体的存在。koshijima等人在1971年均运用bjrkman的有机溶剂抽提法对相应木材原料中的分离出天然lcc,均证明了天然lcc的存在。yuka等人在有机溶剂抽提和水抽提lcc的基础上将两者结合成功建立了水和有机溶剂联合抽提分离红松原料中lcc的方法。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bjrkmanlcc和水溶性lcc,两种lcc级分合并,称为lcc-hwf级分。该方法制备的lcc具有得率高、纯度高和可代表原料原本lcc等特点。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容:
(1)原料分析:测定有机抽出物、酸溶及酸不溶木素含量、综纤维素含量、总糖含量。
(2)使用8%licl/dmso木质纤维全溶体系溶解球磨后的麦草原料,以5%koh溶液为再生溶液,分离原料中纤维素、半纤维素、木质素,使用hcl改变再生溶液中ph值,令溶液ph值分别达到10.5、8、5.5、2,将再生溶液中lcc按分子量分级,计算各组分得率。
4. 研究创新点
1.以行星式球磨机处理麦草秸秆(秸秆草料分为三个部分,茎秆,叶子,叶鞘),利用8%LiCl/DMSO木质纤维全溶体系溶解再生减少球磨时间,降低长时间球磨对木质纤维原料的影响;
2.将8%LiCl/DMSO木质纤维全溶体系为溶剂,以5%KOH溶液为再生溶液在常温下进行组分分离,改变碱液pH值按分子量分级碱液中LCC,得到高得率、低结构变化LCC。
