稻草秸稈微晶纖維素的制備及木質纖維酸解過程中反應的研究.pdf

1、微晶纖維素在醫(yī)藥、化工、輕工和農(nóng)業(yè)等領域都有著廣泛的應用，目前用來制備MCC的原料大多是棉絨和木材，其價格高昂，并且來源有限。而生物質稻草秸稈中含有35％～40％的纖維素，來源豐富，價格低廉，有著潛在的利用價值。但是稻草秸稈中還含有約20％的木質素和25％的半纖維素，三者構成了致密的網(wǎng)狀結構，嚴重限制了稻草秸稈在微晶纖維素領域的開發(fā)與應用。要想有效利用稻草秸稈來制備合格的微晶纖維素，就必須對其進行一定的預處理，破壞其緊密的細胞壁結構，高

2、效提取其中纖維素。
　　因此，本研究就預處理方法的選擇、制備條件的工藝優(yōu)化和預處理方法對稻草秸稈的作用機制以及木質纖維在酸解過程中存在的反應等方面開展了相應的研究，并取得如下結果:
　　1.首先考察了SO3、NH3、SO3/NH3和NH3/SO3聯(lián)合稀堿四種預處理方法制備稻草微晶纖維素的可能性，并且研究發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的制備MCC方法為稻草秸稈先經(jīng)SO3微熱爆處理后經(jīng)NH3處理，再經(jīng)稀堿、稀酸和漂白等步驟。同時以纖維素含量和得率為指

3、標，對該制備路線進行了工藝優(yōu)化，得到最優(yōu)的工藝路線為SO3:固液比1∶4，溫度70℃，時間90min; NH3:固液比1∶20，溫度60℃，時間120min;NaOH:固液比1∶15，溫度90℃，時間120min。制備得到的稻草微晶纖維素的純度高達98.3％，得率為30.2％。
　　2.采用FI-TR、XPS、XRD和SEM對SO3/NH3聯(lián)合稀堿預處理法對稻草秸稈的作用機制進行了初步研究，研究表明SO3微熱爆處理稻草秸稈的過程中

4、SO3與稻草秸稈發(fā)生酯化反應，有利于了木質素的剝離;NH3可能與稻草秸稈中的木質素發(fā)生化學反應，促進了木質素的剝離，但是兩者在單獨作用下對木質素的剝離效果均未能達到微晶纖維素的要求。通過計算分析SO3和NH3之間存在協(xié)同作用，并且以先經(jīng)SO3后經(jīng)NH3處理稻草秸稈的方法對木質素的剝離效果最佳，分析其原因是稻草秸稈先經(jīng)SO3后經(jīng)NH3處理稻草秸稈與SO3和NH3先后發(fā)生化學反應，并且還存在微熱爆效應以及殘留的硫酸和NH3能夠發(fā)生反應生成小

5、分子(NH4)2SO4晶體，該晶體能夠使得稻草秸稈內壁結構膨脹，有效地打破了木質素與纖維素和半纖維素之間的連接，提高了木質素的剝離效果。
　　3.采用FI-TR、XPS和HPLC對酸解過程中產(chǎn)生的酸解液和酸解固渣進行跟蹤和分析，得出結論:木質纖維在經(jīng)72％硫酸酸解的過程中，酸解1-5h木質素與硫酸會發(fā)生磺化反應，5-12h時間段木質素與戊糖水解產(chǎn)生的糠醛發(fā)生酚醛縮合反應，這些反應都將干擾木質素的測定結果，造成木質素的測定值要高于實