冷等离子体改性酶解木质素/纤维复合材料热压工艺的研究开题报告

 2021-08-09 01:12:10

1. 研究目的与意义

1.研究目的:

酶解木素是利用玉米秸秆制造乙醇过程中的残渣。酶解木素具有化学活性较高、灰分少、纯度高的特点。由于木素大分子本身具有一定的自粘性,可以在一定的工艺条件下起到胶粘的作用,所以,利用酶解木素增强无胶秸秆纤维复合材料,既可以探求新的无胶胶合的方法,也可以很好的解决残渣的处理和后期开发,保护环境,节约制造能源乙醇的成本。 2.研究的意义:

能源酒精是目前各国都非常关注并竞相开发的一种汽油替代产品。我国每年农作物秸杆的产量高达7亿t,其中玉米秸秆占第三位,仅次于稻草和小麦秆[1]。为了节约粮食并降低能源酒精的制造成本,国内外学者正在探索利用微生物、酶催化等生物技术使玉米秸秆中的多糖转化成酒精。瑞典、美国投入资金支持本国的生物技术公司设计了试验生产工艺,但是对微生物酶解玉米秸杆制备能源酒精的残渣没有进一步开发利用,仅把残渣作为燃料烧掉[2],有些甚至直接当做废品处理,因此经济效益不高,无法推广应用[3]

酶解木素是一种棕黑色粉末[4]。由于木质素大分子中含有一定数量的酚羟基、羧基和醚键等,当它遇酸、碱或进行热处理时,就变成了褐色或黑褐色。酶解木质素具有较高的化学活性,可以与醛或酚类物质发生化学反应,生成交联型木质素的改性树脂。在制备过程中,没有加入亚硫酸盐或碱蒸煮,因此酶解木质素灰分含量很低,这种高纯度的特点将有助于改性后应用于多种行业[5]

木质素及其衍生物对生物活性物质有一定的亲合力,利用高沸醇木质素进行了酚化和胺化试验,制得的酶解木质素酚和木质素胺对菠萝蛋白酶具有良好的吸附性能,而且菠萝蛋白酶被吸附后仍具有较高的活性,酶解木质素及其衍生物有望成为菠萝蛋白酶新型浓缩吸附剂或固定化菠萝蛋白酶的新型载体[6]

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2. 国内外研究现状分析

植物纤维原料在制浆过程中降解溶出的木质素称为工业木质素[21]。工业木质素分为结构和性能完全不同的碱木质素(碱法制浆溶出的木质素,包括烧碱木质素和硫酸盐木质素)和木质素磺酸盐(亚硫酸盐法制浆煮溶出的木质素)两类。碱木质素的分子量:较低,水溶性差,很多场合不能直接使用。碱木质素经适当改性后,可用作染料分散剂、橡胶添加剂、水泥减水剂等。木质素磺酸盐的分子量:达数万至上百万,具有良好的水溶性.,其分子结构包括疏水性的芳环和亲水性的磺酸基,具有一定的表面活性[22]

工业木质素是唯一能从可再生资源中取得的芳香族化合物,并且无毒、价廉,是化学化工生产用原料的丰富资源[23]。工业木质素的应用研究始于19世纪末,至今国际上已开发的木质素产品达200余种.主要用作混凝上外加剂、动物词料添加剂、水处理剂、钻井液稀释剂、三次采油助剂、染料分散剂,以及各种粘合剂、络合剂等。根据世界主要木质素生产商产品目录.至少有20余种用途.但其中许多方面的用量较少[24]

3. 研究的基本内容与计划

1.研究内容:

(1)研究热压工艺(包括热压温度、热压时间及纤维含水率等)对冷等离子体改性酶解木质素/纤维复合材料产品性能的影响;

(2)探讨热压工艺影响改性酶解木质素胶合力的机理。

2.研究计划:已对未改性酶解木质素的施加工艺及热压工艺进行了充分的预备试验,具有良好的前期工作基础。

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4. 研究创新点

无胶胶合秸秆纤维复合材料和冷等离子体改性酶解木素开发后期产品都是当今两个行业的热点,本课题首次提出制备冷等离子体改性酶解木素增强秸秆纤维复合材料。

本课题的成功实施从经济上可以缓解利用秸秆制造乙醇生产中遇到的成本问题,从环保上可以解决工业和农业废弃物对环境造成的严重污染,从人文角度出发,无胶胶合技术也是未来的大势所趋,所以,本产品可以同时促进秸秆制造乙醇与无胶人造板两大产业。

本课题提出的新创意也为秸秆纤维等其它纤维和改性酶解木素的综合利用提供了新思路,这些研究方向将成为本课题的延续和发展。

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