生物質預提取技術在APMP竹漿中的應用及其機理研究.pdf

1、面對全球的資源和能源危機，世界掀起了全球范圍的生物質技術研究熱潮，生物質資源因其可再生性和環(huán)保性而倍受到人們的重視。而竹子是一種優(yōu)良的生物質資源，其纖維質量優(yōu)良，是很好的造紙原料，并在廣西擁有豐富的資源。但高得率竹漿光學性能較差，漂白漿白度偏低且白度穩(wěn)定性差，嚴重制約了高得率竹漿的應用范圍。本論文研究了粉單竹竹瀝液的組份及竹瀝液主要組份對APMP竹漿白度的影響；竹瀝液預提取、熱水預提取和堿性過氧化氫預提取的技術對預提取粉單竹半纖維素及A

2、PMP制漿過程的影響；竹子堿性過氧化氫預提取過程中糖組分溶出的規(guī)律及動力學模型的建立。研究結果如下：
　　 (1)通過GC-MS分析知道，粉單竹竹瀝液成份中含量較大的為甲苯75.88%，二甲苯0.98%，對苯二酚0.41%，六甲基環(huán)三硅氧烷0.48%，二十二酸甘油酯0.44%，硬脂酸甲酯2.07％。其中甲苯、二甲苯和對苯二酚這三種物質對APMP竹漿的白度影響都較大。通過XPS分析知道添加甲苯、二甲苯和對苯二酚后，纖維表面C=O、

3、O-C-O和O=C-O基團增加了，C1峰面積增加的幅度幾乎一樣，并且C3和O1蜂面積在添加對苯二酚后增加最大，其次是甲苯，最小是二甲苯。壓榨后經60%乙醇預提取竹瀝液制備得的APMP原漿白度比未經預提取的高3.5%ISO，漂后漿的白度也高出5.9%ISO，PC值也降低56%，打漿轉數(shù)下降了23%左右，但漿的各項物理指標均稍有所下降。
　　 (2)熱水預提取粉單竹半纖維素的最佳工藝為：用50 min升到120℃，再用35 min從

4、120℃升到最高溫度170℃，在最高溫度下保溫2h，液比1:5，在這工藝下半纖維素的提取率和預提取后竹片得率均較高分別為43.48%和86.84％。提取后提取液的pH值都在3.5-4.5之間，竹片得率普遍都較低，且竹片的顏色加深，成漿強度下降很大，但打漿轉數(shù)下降了20%左右。其中，預提取的保溫時間和液比對半纖維素的提取率和預提取后竹片得率的影響比最高溫度的影響大。
　　 另外，通過FTIR分析磨木木素結構變化知道，熱水預提取后增

5、加的基團主要是酯羰基C=O、芳環(huán)結構、C-C、C-O、C-H苯環(huán)鍵，而紫丁香基木素、縮合愈創(chuàng)木基木素以及愈創(chuàng)木基木素也增加了。通過13C-NMR分析知道，預提取后，木素結構中的酚型乙?；隙∠慊鵆2或C6，β-0-4中的Cα和Cγ，醚化的愈創(chuàng)木基中的C1，肉桂醛中的Cβ，對羥苯基中的C2/C6，β-5中的C1，愈創(chuàng)木基中的C2，松脂醇中的Cγ，亞甲基和乙?；械募谆荚黾虞^大，但紫丁香基中的C3/C4、β-β單元中的Cα和甲氧基都減少了

6、。通過對磨木木素的發(fā)色基團含量分析發(fā)現(xiàn)，竹子原料中含有較多的醚化羰基和鄰酚結構，熱水預提取后原料、未漂漿和漂后漿的共軛羰基總含量、鄰酚和鄰醌含量均增加了。
　　 (3)堿性過氧化氫預提取粉單竹半纖維素的最佳工藝為：H2O2用量1.5%，液比1:8，用30 min升到最高溫度90℃，在最高溫度下保溫2h，在這工藝下半纖維素的提取率和竹片得率均較理想分別為1.68%和96.21%。但是與熱水預提取的相比，半纖維素的提取率較低，預提取

7、后的竹片得率保持較好，并且預提取后竹片的顏色變淺了。液比對半纖維素的提取率和預提取后的竹片得率影響最大，其次是保溫時間和反應溫度，最后是H2O2用量。提取液的pH值不斷下降，但都成堿性。預提取后APMP漿的得率能保持較好，白度提高了5%ISO～7%ISO，打漿轉數(shù)下降了55%左右，但撕裂指數(shù)和耐折度有所下降。堿性過氧化氫預提取非常有利于1%氫氧化鈉抽出物和苯醇抽出物的溶出，對灰分和酸不溶木素的溶出很小，隨著預提取條件的加劇綜纖維素、聚戊

8、糖和酸溶木素的溶出稍有增大。
　　 另外，通過FTIR分析磨木木素結構變化可知，堿性過氧化氫預提取后木素中的芳香環(huán)結構、C-C、C-O、酯羰基C=O、愈創(chuàng)木基的C-H苯環(huán)鍵等基團減少了。通過13C-NMR分析知道，經預提取后竹子原料中-COO-、肉桂醛中的Cβ、乙酞化愈創(chuàng)木基、愈創(chuàng)木基、β-0-4型木素；未漂APMP漿中的醚化愈創(chuàng)木基、愈創(chuàng)木基、醚化β-芳基醚、β-0-4型木素；漂后漿的酚型酸中的C=O、愈創(chuàng)木基中的C6(α-O

9、R)和醚化的β-芳基醚(赤)C5(α-OAC)等基團和木素都較少了。通過發(fā)色基團含量分析發(fā)現(xiàn)，預提取后原料、未漂漿和漂后漿中的共軛羰基總含量、鄰酚和鄰醌含量分別都比相應的未預提取的減少，其中試樣中醚化羰基和未漂漿中鄰醌的含量下降較大。
　　 (4)通過HPAEC分析知道，隨保溫時間的延長和溫度的升高，堿性過氧化氫預提取液中固形物含量和各種糖組分(葡糖糖、阿拉伯糖、半乳糖和木糖)的溶出率不斷增長。在保溫時間延長到1h時，各種糖溶出

10、率的增長幅度均最大，最高溫度對預提取的影響較大，尤其當最高溫度由80℃升到90℃時。預提取過程中木糖的溶出率較低不到1%；阿拉伯糖和半乳糖的溶出率較高分別為7%和12%。竹子堿性過氧化氫預提取過程中碳水化合物溶出動力學模型可用Fick第二定律來描述，內擴散是提取過程的主要控制步驟，建立的動力學模型為LnC∞/C∞-C=kt。通過對葡糖糖、阿拉伯糖、半乳糖和木糖動力學模型的驗證可知，溫度為90℃時葡糖糖、阿拉伯糖、半乳糖和木糖濃度的Ln[