论文部分内容阅读
麦草碱木质素是我国造纸工业碱法制浆黑液重要的副产物,黑液直接排放将对环境造成污染,必须对其进行回收利用。木质素是自然界中唯一能从可再生资源中获取的芳香族化合物,在当今资源匮乏、生态环境恶化的情况下,开发利用麦草碱木质素具有重要意义。
麦草碱木质素的结构决定了其化学反应活性较低,使其的应用受到较大限制。从碱木质素的结构模型来看,碱木质素的反应活性低是由于木质素结构单元之间的缩合度大而导致大量的活性基团被包裹在大分子内部,同时甲氧基占据了木质素中羟基的活性定位位置,因此降低其分子量和减少甲氧基含量以及提高具有化学反应活性的酚羟基和羧基的含量都有助于提高碱木质素的化学反应活性。
本论文以提高麦草碱木质素反应活性为目标,首次采用微波辅助氧化改性麦草碱木质素,研究了氧化剂用量、氧化温度、氧化时间和微波加热功率等因素对麦草碱木质素官能团含量、分子量大小和分布的影响,并与相同氧化条件下未加微波辅助氧化麦草碱木质素的氧化产物结构进行比较。研究结果表明：
微波辅助氧化可以显著增加麦草碱木质素酚羟基和羧基含量,降低甲氧基和羰基含量。当微波加热功率为300W,氧化剂(30％双氧水)用量为0.60ml/g WAL,氧化温度为75℃,氧化时间为30min时,碱木质素微波氧化后产物的酚羟基含量由1.54mmol/g增加到1.73mmol/g,较常规氧化提高了17.7％,羧基含量由2.14mmol/g提高到2.96mmol/g,较常规氧化升高15.7％,甲氧基和羰基含量分别由5.03mmol/g和3.21mmol/g降低至2.23mmol/g和1.45mmol/g,和常规氧化相比分别下降1.8％和33.2％。单因素分析表明,氧化剂用量、氧化温度和氧化时间对官能团含量影响显著,微波加热功率影响不大。
采用官能团分析、凝胶色谱(GPC)、紫外吸收光谱(UV)和傅立叶红外光谱(FTIR)等研究手段结果表明,微波辐射引起木质素化学键减弱,致使其反应活化能降低,从而使H2O2在碱性条件下生成的亲核试剂过氧氢阴离子OOH更容易进攻甲氧基(-OCH3)上的C原子,使其断裂,这一作用会使碱木质素甲氧基含量降低和酚羟基含量增加。另外,在微波加热功率为300W,氧化剂(30％双氧水)用量为0.60ml/gWAL,氧化温度为75℃,氧化时间为30min时,麦草碱木质素微波氧化后产物重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)分别从10000和2400变为6600和2800,多分散性从4.20变为2.35,而且在优化的微波氧化条件下,碱木质素中大于45000以上的部分全部降解,说明微波氧化导致了木质素大分子和木质素-碳水化合物复合体的降解。碱木质素微波氧化后产物大约有10％左右的苯环含量减少,说明微波氧化碱木质素可以使一定量的苯环开环。碱木质素难溶于中性溶液中,这也是制约碱木质素应用的因素之一。本论文研究发现碱木质素氧化改性后水溶性得到提高,微波氧化产物的水溶性由氧化前的7.8％提高到9.6％。