在非氯条件下降解了小麦秸杆中的木质素和半纤维素
8页1、在非氯条件下降解小麦秸杆中的木质素和半纤维素Xiao Feng Sun, R.C. Sun, J. Tomkinson, M.S. Baird摘要:小麦秸秆中的木质素和半纤维素在80%醋酸和完全无氯介质的0.92 - -13.5%硝酸溶液中被降解。反应时间和温度以及硝酸浓度对木质素和半纤维素降解效率和纤维素得率的影响的作对比研究。以80%醋酸和0.92%硝酸作为催化剂在120条件下反应20分钟,有超过81%的原始半纤维素和92%的原始木质素被降解。随着硝酸浓度提高到8.5%,超过96%原始半纤维素和大约98%的原始木质素被降解,得到的纤维素纯度接近96%。分离纤维素的制剂的特性是通过其固有粘度、分子量、FT-IR、CP-MAS13 C-NMR和热的研究反应出来的。结果表明:以80乙酸和硝酸作为给定的条件下,除了木质素和半纤维素的显著降解的效果,催化剂的作用也会导致一定程度的纤维素乙酰化和降低纤维素的结晶度。纤维素的热稳定性,随其固有粘度的减少而降低。关键词:降解;半纤维素;木质素;纤维素;小麦秸秆;完全无氯介绍2、引言在过去的十年中,世界上纸张的消耗量增加了501。这导致了木材消耗量的
2、巨大增长,每年有将近640万立方米的木材用于造纸2。近年来,特别是对于纸张的需求显著上升,以至于食品农业组织(粮农组织)预测全球使用的纸和纸板量,将会从1988年的2.1亿吨,到2010年增长至约3.5亿吨3。纸的需求稳步增长,全球逐步形成了木材纤维供应的短缺现象,最终,这可能导致大量工厂进行森林砍伐4。要解决这个问题的一种可能的办法,是使用农业废弃物材料为原料用于造纸。据估计,在整个世界范围内,每年谷物秸秆产量超过2900万吨。这些残留秸秆大多数被完全燃烧,不仅造成了能源资源的浪费,而且造成了严重的污染,并且,有些时候焚烧农作物秸秆在一些国家是非法的。因此,该原料具有很高的潜在的经济和环境价值5。例如,在许多国家,小麦秸秆是含有丰富的木质纤维的副产品,一种含纤维素(35-40)、半纤维素(30-38)以及与半纤维素紧密结合的木质素(14-17)的紧凑结构。据粗略估计,在欧洲每年产生的小麦秸秆大约1.7亿吨6。大量的事实足以显著的证明,对于考虑小麦秸秆作为造纸工业原料的补充资源是重要的。从历史上看,纸浆和纸张生产一直被确认为污染的主要源头。传统纸生产过程包括大量的降低木质素和半纤维素的
3、含量,并且使它们可溶于水性介质中。调配好这种黑色溶液的浓度之后,这些木质素和半纤维素一部分是可以溶在烹饪用的白酒中的。除此之外,氯或二氧化氯作为漂白剂被广泛地用于纸浆产业7-10。在水作为介质的条件下,它与纸浆反应产生芳香族取代物,在某些情况下还可能伴随有侧链的转移,并且在氧化反应中产生醌型结构11,12。二氧化氯容易与酚类和不饱和化合物起反应,其与木质素反应导致醌的形成,以及发生去甲基化和开环反应13。近年来,无论是市场需求和环境压力一直是纸浆和纸张业面临的大问题。因此,对于那些既制浆又需要漂白的代理商在生产中已经换成了不含氯的化学药品,如有机溶剂、氧、过氧化氢或臭氧2,14-16。文献17中所提出的各种有机溶剂、醋酸,由于其实现广泛的特点和在单步操作中选择性脱木素,已受到了特别的注意。利用乙酸制浆的方法,分别在盐酸作为催化剂、甲酸作为催化剂、无催化剂这三种方案中做了实验1820。所有这些方案均可以被认为是“生物精炼”的技术21。因为,原料在富含纤维素和含有木质素和半纤维素降解产物22酒精的固相中是“分级的”存在的。但是,这种有机溶剂制浆方法已经证明与氯化的效率是不一样的。硝酸有机溶
4、剂制浆方案,似乎是绕过了这个缺点的一个很好的选择 ,因为,硝酸具有高氧化的能力。在本文中,我们描述了一个快速,简单,并且完全无氯(TCF)的方法来降解木质素和半纤维素并且基于同时脱木素麦草和除去非纤维素的多糖乙酸 - 硝酸混合物的使用,从中分离出纯的-纤维素。分离纤维素的准备工作对两种分解的方法,进行了比较调查,例如酸水解和热分析,以及非降解技术如付立叶变换红外光谱(FT-IR)和碳13的磁共振(13C-NMR)谱。2、实验2.1、原料小麦秸秆(品种带状)由兰盖夫尼乙劳埃德有限公司提供。秸秆的物质组成(,W / W)是在干重条件下为纤维素38.8,半纤维素37.5,木质素17.1,灰分1.8,蜡2.2 。在60烘箱中烘燥16小时后,将秸秆粉碎,通过0.7mm的筛处理,储存在5的环境中备用。2.2、木质素和半纤维素的降解及纤维素的分离该方法包含了格瑞姆波特恩、梅纳德23以及布伦德尔等人所描述的化学 24 ,但已修改后的实验步骤,可以减少一氧化氮在反应过程中形成的酸。样品(600毫克)放入30毫升的派热克斯玻璃试管中。随后, 12.0毫升80 ( W / W)含水乙酸(AA)分别添加0 ,
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