低共熔溶剂协同酸性二氧六环高效分离杨木纤维及其组分的利用

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chung51
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
木质纤维原料内部致密复杂的三维结构阻碍了对其各组分的转化和利用,因此需对其进行一定的预处理,从而解构分离各组分并加以利用,提高原料的综合利用率,得到更为丰富的高附加值化学品。近年来,离子液体因其良好的性能而成为生物质预处理的重要溶剂。低共熔溶剂(Deep eutectic solvent,DES)作为离子液体的一种相似溶剂,具有来源广泛、易于回收、环境友好、毒性低等优点。然而有研究结果显示,DES预处理通常存在效率不高的缺点。而在有机溶剂预处理中,1,4-二氧六环具有沸点低、木质素溶解性好、易回收、反应条件温和等优点,被视作生物质预处理的优良溶剂。针对该研究现状,本论文以杨木为原料,开发了一种DES协同酸性二氧六环的预处理技术,不仅能够对杨木纤维内部的各组分进行高效分离,而且大大提高了其预处理后残渣(纤维素组分)酶解糖化的效率。论文研究主要分为以下几个方面:(1)预处理溶剂体系的筛选,选择合适的DES溶剂并协同酸性二氧六环对杨木进行预处理。首先制备了氯化胆碱/甲酸(CC/FA)、氯化胆碱/乙酸(CC/AA)、氯化胆碱/乳酸(CC/LA)、氯化胆碱/丙三醇(CC/GL)这四种常见的DESs溶剂,随后对杨木在不同DESs协同酸性二氧六环的溶剂体系中进行解聚测试。通过分析不同种类DESs对杨木各组分以及预处理后残渣酶解糖化率的影响,结合对各DES的理化性能检测,对结果进行综合评估研究,最终选定氯化胆碱/乙酸(CC/AA)和氯化胆碱/丙三醇(CC/GL)结合酸性二氧六环的溶剂体系为本论文后续实验考察体系。(2)分别以氯化胆碱/乙酸(CC/AA)和氯化胆碱/丙三醇(CC/GL)结合酸性二氧六环作为预处理溶剂体系,以温度、时间、盐酸质量分数为影响因素,通过正交实验设计分别对两种预处理溶剂体系的反应条件进行优化,并得到以杨木残渣的酶解糖化率为指标的最佳预处理条件。在CC/AADES协同酸性二氧六环预处理体系中,最优条件为盐酸质量分数1%、预处理温度110℃、预处理时间70 min,其酶解糖化率为69.75%。在CC/GLDES协同酸性二氧六环预处理体系中,最优实验条件为盐酸质量分数1.2%、预处理温度140℃、预处理时间70 min,其酶解糖化率为89.60%。(3)在两种协同预处理体系的正交优化实验基础之上,分别对最优条件下预处理后的杨木残渣利用XRD、FT-IR、TG、SEM、XPS一系列表征手段进行分析,从结构上研究杨木酶水解特性与其各组分变化之间的关系。分析结果表明此预处理方式主要破坏了杨木纤维内部的致密结构,去除了杨木中大部分的木质素和半纤维素,从而提高了纤维素酶对底物的可及性,促进了酶解糖化率的提升。(4)在两种协同预处理体系的正交优化实验基础之上,分别对最优条件下预处理过程中杨木的木质素组分进行分离提取。通过UV、FT-IR、TG、2D-HSQC、Py-GCMS一系列的技术手段对木质素组分进行表征,系统地分析了木质素的结构特征。分析结果表明木质素样品具有较高的热稳定性,并且其结构内部均含有丰富的β-O-4醚键,在热裂解过程能够产生种类丰富的芳香族化合物,这些特性有助于木质素向下游转化为小分子芳香类化学物。因此,基于本研究预处理体系提取的木质素组分具有转化为芳香族平台化学品的潜力,具有较高的利用价值。
其他文献
木质饰面材料发展前景可观,产生经济效益显著。为更好满足人们对木质饰面材料需求,提高企业生产利润,本文用冷压和热压工艺制备竹木复合材并刨切其剖面得到具有条纹效果的竹木复合饰面材料。参照国标GB/T 17657-2013对竹木复合材密度(ρ)、静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)、24h吸水厚度膨胀率及抗弯强度进行检测与讨论;参照GB 50325-2020《民用建筑工程室内环境污染控制规范》、对竹木
学位
我国政府在十九大上首次提出了乡村振兴战略,报告明确指出国家必须坚定不移的通过乡村振兴战略,推动改善城乡之间的差异,提升农村生活水平。在此背景下,各级政府开始着力推动本地区乡村旅游业的发展,将其作为实现乡村振兴的重要抓手。近年来,长沙县政府响应乡村振兴战略的号召,不断加大乡村旅游的投入建设,但是还是存在一定的限制因素。本文选取长沙县开慧镇作为研究对象,以求发现乡村旅游发展的限制性因素。在文献梳理的过
学位
沥青路面是我国高等级路面的主要形式,外界因素的影响会对路面耐久性产生较大影响,缩短其使用寿命。掺加纤维可提高沥青路面的耐久性能,当前广泛用于沥青混合料的木质素纤维取自原木,其大规模使用不符合生态文明建设的理念,而我国竹材资源丰富,竹纤维生产过程环境友好、具有良好的物理力学特性、价格低廉。为保护生态环境,减少森林资源消耗,拓宽现行技术规范的取材范围,本文将从毛竹杆茎中提取的絮状竹纤维加入沥青混合料中
学位
植物护坡不仅能提高边坡的稳定性,还能修复被损坏的生态环境。植物固土护坡不仅表现在根系对土体的力学加筋作用,还表现在对土体的水文作用上。论文依托于国家自然科学青年基金项目“基于根系构型定向调控的植物边坡固土机理研究”(项目编号:51608545),通过室内外试验与理论分析相结合的方法,研究植物根系特征对植物边坡土体土-水特征曲线的影响,建立考虑根系形态的水-土特征曲线模型。本文的主要研究内容和研究结
学位
我国竹材年产量居世界首位,在我国发展竹结构具有资源优势。钢材轻质高强,但易屈曲失稳;竹材节能环保,强度较高,但受拉呈脆性破坏,且刚度偏小。将钢与竹连接形成一个整体结构,钢材承受拉力,竹材承受压力,竹材为钢材提供侧向刚度,钢—竹组合结构既避免了两种材料的劣势,又充分发挥了各材料的优势。本文以热轧H型钢和平压竹集成材为钢—竹组合材料,通过抗剪连接件连接,对连接件进行推出试验。平压竹集成材是一种将竹片经
学位
有机质土分布广泛,当土体中有机质含量较高时,采用诸如水泥、石灰等无机材料的传统改良方法对有机质土进行改良,难以达到预期效果。本文采用一种新型土壤固化剂生物酶对有机质土进行改良。通过一系列不同生物酶掺量、不同加载比的一维次固结试验,研究生物酶改良有机质土的次固结特性。基于双曲线模型、Gibson模型和归一化理论,分别建立了考虑生物酶掺量影响的双曲线蠕变模型、Gibson蠕变模型和应变-时间归一化方程
学位
在植被护坡的过程中,植物根系生长需要一定的时间,植物根系尚未形成发达根系之前,其加固作用无从发挥,边坡的稳定性难以得到有效保障。针对这个不足,提出了活树桩-竹锚杆联合支护边坡的新型结构形式。该新型支护结构利用活树桩根系加固深层边坡,而在活树桩根系尚未长成之前,利用竹锚杆-木框架梁结构对边坡进行短期支护,以保证边坡在前期的稳定性。本文针对竹锚杆-木框架梁短期支护结构,开展了无竹锚杆-木框架梁和有竹锚
学位
竹材具有轻质防震、强重比高的特点,其抗拉强度、抗弯强度、弹性模量等力学性能十分优异,加之我国竹林资源丰富,使得工程胶合竹材发展迅速。侧压型竹集成材具有良好的力学性能,具备制作结构用集成材骨架构件的潜力,但当前研究大多集中在各种因素对材性的影响,以及将材性和其他材料作对比,对于侧压型竹集成材组成单元——竹条的胶合性能和接长形式少有研究。本文以毛竹制备的竹条为原材料,通过理论分析与试验探究相结合的方式
学位
在过去的几十年中,为了满足世界人口增加对粮食日益增长的需求,化肥的使用量急剧增加。同时,人们对环境、健康及资源可持续利用的关注不断提高。因此,在保证粮食产量的前提下,最大限度地降低化肥损失,提高肥料利用率,改善土壤污染,是当前农业肥料科技创新的重要任务。缓释肥料(Slow-release fertilizer,SRF)因其肥料利用效率高、养分可持续供应、施用成本低等优点受到越来越多的关注。包膜是合
学位
镀锌板是以冷压薄板为原材料,在表面包上镀锌层,达到增加耐腐蚀性,延长钢板使用寿命的目的。表面质量缺陷是影响镀锌板质量的一个重要的因素,对镀锌板进行表面缺陷的检测是钢铁企业一直非常关注的内容。传统人工检测镀锌板的表面缺陷不能达到令人满意的效果,近年来,微电子,计算机技术,自动化技术的发展,机器学习、人工智能理论等的实用化,使镀锌板表面缺陷的质量检测问题有了新的思路。本文对围绕镀锌板表面质量检测,对表
学位