Co-salen型仿酶體系的脫木素機(jī)理及其應(yīng)用研究.pdf

1、為了發(fā)展新型無（少）污染漂白技術(shù)及造紙廢水處理新技術(shù)，越來越多的研究者開始用微生物、生物酶和仿酶等方法來解決紙漿漂白過程中的污染問題，并開發(fā)對環(huán)境友好的新型紙漿漂白技術(shù)。仿酶催化不僅具有酶催化與化學(xué)催化兩者的優(yōu)點(diǎn)，而且是實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)有效而直接的途徑。由Co-salen、吡啶、H2O2、O2構(gòu)成的一種Co-salen型仿酶降解體系是模擬木素過氧化物酶的仿酶體系之一。為了揭示Co-salen型仿酶降解體系脫木素的反應(yīng)機(jī)理，本文圍繞β-O-4

2、型木素模型化合物即愈創(chuàng)木基丙三醇-β-愈創(chuàng)木基醚在仿酶體系中的變化為研究核心，研究了β-O-4型木素模型化合物、三倍體毛白楊磨木木素（MWL）在仿酶體系中的降解機(jī)理以及Co-salen型仿酶體系在紙漿漂白和造紙綜合廢水處理中的應(yīng)用，分析得到了β-O-4型木素模型化合物在仿酶體系中的反應(yīng)機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)該Co-salen型仿酶體系在紙漿漂白工藝中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。 本文首先合成了一種酚型木素模型化合物即愈創(chuàng)木基丙三醇-β-愈創(chuàng)木

3、基醚。對關(guān)鍵的中問產(chǎn)物中間產(chǎn)物4-（α-（2-甲氧基苯氧基）-乙酰基）-愈創(chuàng)木酚（Ⅳ）的合成方法進(jìn)行了改良，縮短了減壓蒸餾的時間。利用紅外光譜、核磁共振譜（1H-NMR）等手段對其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。 本文利用合成出來的愈創(chuàng)木基丙三醇-β-愈創(chuàng)木基醚作為木素模型化合物。在采用由Co-salen、吡啶、H2O2、O2構(gòu)成的Co-salen型仿酶體系對其進(jìn)行仿酶降解處理后，利用GC-MS分析手段對反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)：C

4、o-salen型仿酶體系對β-O-4型木素模型化合物有較強(qiáng)的氧化降解能力，降解后的羧基和羥基明顯增多。本研究闡明了這種β-O-4型木素模型化合物的結(jié)構(gòu)在Co-salen型仿酶體系中的降解反應(yīng)機(jī)理，推斷出該仿酶體系能有效導(dǎo)致酚型的β-O-4型木素模型化合物氧化裂解反應(yīng)類型有：β-O-4醚鍵斷裂、Cα-Cβ鍵斷裂、烷基-芳基鍵的斷裂和苯環(huán)開環(huán)反應(yīng)等。Co-salen型仿酶體系對三倍體毛白楊MWL的降解能力較強(qiáng)，降解后的羧基和羥基明顯增多。木

5、素被降解后一部分成為香草酸、紫丁香酸及其衍生物等低分子芳香族化合物，說明木素結(jié)構(gòu)在側(cè)鏈Cα的位置受到氧化作用而使結(jié)構(gòu)單元之間的連接鍵斷裂。 本文采用由Co-salen、吡啶、H2O2、O2組成的Co-salen型仿酶體系進(jìn)行了硫酸鹽木漿的漂白研究，討論了Co-salen仿酶預(yù)處理過程中預(yù)處理溫度、預(yù)處理時間、NaOH用量，H2O2用量、吡啶用量、Co-salen用量、氧壓等對終漂紙漿白度和粘度的影響，優(yōu)化了Co-salen型仿

6、酶體系預(yù)漂硫酸鹽木漿的最佳條件。研究發(fā)現(xiàn)Co-salen仿酶預(yù)漂硫酸鹽木漿比較適宜的條件為：Co-salen用量0.03％，吡啶與Co-salen摩爾比1：1，NaOH用量3％，H2O2用量1.5％，氧壓0.2MPa，漿濃5％，溫度90℃，反應(yīng)時間5h。仿酶漂白使硫酸鹽木漿卡伯值下降4.1，經(jīng)過堿處理后卡伯值可以進(jìn)一步降低5.2。經(jīng)Co-salen仿酶處理白度提高10.3％ISO。經(jīng)過堿抽提段紙漿白度進(jìn)一步提高18.1％ISO。根據(jù)木素

7、模型化合物實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論，Co-salen仿酶漂白預(yù)處理過程中將木素氧化成香草酸、紫丁香酸等含羧基化合物，這些產(chǎn)物在仿酶處理段和堿抽提段被溶解出來，表現(xiàn)在仿酶處理段和堿抽提段有較大的白度升高值。 本文采用Co-salen-仿酶混凝法處理造紙綜合廢水，討論溫度、H2O2加入量、混凝劑種類和加入量、沉淀時間對廢水處理效果的影響。優(yōu)化了Co-salen-仿酶混凝法處理造紙綜合廢水的實(shí)驗(yàn)條件。研究發(fā)現(xiàn)，Co-salen-仿酶混凝法處理造