竹浆造纸木质素理化性能解析与碳点合成

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuerenqiu
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
木质素是仅次于纤维素的第二大天然可再生的有机高分子聚合物,是一种富含sp~2杂化的具有三维网络结构的无定形的复杂芳香族生物基大分子。竹浆造纸黑液中含有大量的木质素资源,解析其物理化学性能对提升其附加值意义重大。因此,本研究首先采用酸沉淀法从竹浆造纸厂的黑液中分离出木质素,通过洗涤降低了竹木质素中灰分、纤维素和半纤维素等杂质的含量,进而解译其化学结构与物理化学性能;其次,利用水热法合成竹木质素基碳点,通过控制水热反应时间、水热反应温度和料液比优化其结构与性能;最后,通过低温预处理技术改性竹木质素,探索预处理温度对竹木质素基碳点的荧光性质的影响。主要研究结论如下:(1)水洗过程降低了粗木质素中灰分、纤维素和半纤维素等杂质的含量,其纯度从82.88%显著提高到96.55%。竹木质素是典型的GSH型木质素,单元间主要以β-O-4键的方式连接,其分子量较小(数均分子量为905-967 g/mol)。竹材木质素中含有大量的对香豆酸。(2)竹木质素的热解过程可分为脱水干燥、主要热解和残余物缓慢分解等三个阶段。竹木质素热解产物主要包括H2O、CO2、CO和CH4等小分子气体以及芳香族类、酸类、酮类、醛类、醇类、烷烃、酚类和醚类等轻质焦油组分。CO2是竹木质素热解的主要产物,其释放温度主要集中在400-800℃。竹木质素的燃烧过程分为四个阶段,主要燃烧阶段为IV阶段,失重率约为41-65%。洗涤过程改变了竹木质素灰的化学成分、热化学行为和灰分的熔融性能。(3)pH值和溶剂种类的改变影响了竹木质素在溶液中的聚集行为,进而改变其荧光特性。竹木质素基碳点合成的优化工艺为10 g/L的料液比、10 h的反应时间和200℃的反应温度。该条件下合成的竹木质素基碳点具有明显的晶格条纹,其平均粒径为3.11 nm,晶格间距为0.24 nm,对应着石墨烯的100晶面。在合成过程中,竹木质素的三维网状结构被破坏,结构单元间通过新的化学键相互连接成具有共轭平面的大分子,共轭区域面积增大,石墨化程度提高。(4)竹木质素样品在低温预处理过程中发生降解反应。当温度上升至275℃时,单体间所有的连接键均断裂;当温度从275℃升高至300℃,大部分的G型木质素和酯化的对香豆酸的结构被破坏;当温度升高至325℃时,酯化的对香豆酸信号完全消失,剩下少量的S和G型木质素单元;当温度升高至350℃时,S和G型木质素单元被完全热解。低温预处理增大了竹木质素样品sp~2杂化区域的面积,进而增强了类石墨碳的衍射强度。
其他文献
热带雨林土壤有机碳库对温度变化和大气中CO2浓度变化极为敏感,对调节全球气候变化具有重要作用。在全球气候变化背景下,对热带雨林碳库特征及影响因素研究尤为重要。低地雨林是热带雨林的重要类型之一,受人类活动影响较大。海南岛甘什岭热带低地雨林经人为采伐干扰后,自然更新恢复形成了3种类型,即较大采伐强度下恢复的灌丛与低矮乔木(Ⅰ)、中等采伐强度恢复形成林分密度较大的次生雨林(Ⅱ)、因交通条件不便而受采伐干
学位
带状采伐作为一种全新的毛竹林采伐方式,具有高效率、低成本等优势,当前对毛竹林带状采伐研究多关注于林下植被、土壤理化性质和伐后次年新竹生长状况,对伐后毛竹林的空间分布和动态特征研究较少,而空间分布在很大程度上影响着林分生长、发育和稳定性,故开展伐后毛竹林的空间分布和动态特征研究对毛竹林带状采伐的恢复评价具有重要意义。与传统毛竹林调查手段相比,地基激光雷达(TLS)可以高效、无损、快速地获取毛竹林三维
学位
土壤中的氮循环过程是全球生物地球化学循环重要组成部分,而全球气候变化背景下降雨格局发生剧烈变化,气候模型预测在未来干旱等极端天气现象将持续频发,能够直接或间接影响森林生态系统土壤氮循环过程。热带森林的土壤氮循环在全球生物地球化学循环中起着重要的作用,具有氮库富足、氮循环周转快等特点,干旱能够削弱热带森林生态系统的氮库而影响整个生态系统的生产力。同时热带森林生态系统往往受磷限制,以及林内穿透雨减少造
学位
辣木(Moringa oleifera Lam.)为辣木科辣木属多年生木本植物,原产于非洲及印度,是一种重要的资源植物。辣木叶和种子富含蛋白质、脂肪酸、植物多糖、膳食纤维、维生素和矿物质等多种营养成分。本论文对辣木蛋白进行了蛋白质与氨基酸营养价值评价;基于辣木叶含有γ-氨基丁酸且辣木叶中谷氨酸含量丰富,运用微生物发酵法,进行辣木叶发酵法生产γ-氨基丁酸的研究;以筛选的植物乳杆菌为发酵菌种,对发酵培
学位
本文主要以慈竹材及其纤维素为原料,研究其在丙酮和溴化锂体系中与酸共同催化转化为生物油燃料前驱体。研究了反应温度,反应时间和催化剂用量等对慈竹粉的液化转化率、液化产物收率和生物油前驱体化学组成等影响。为进一步研究此液化过程的机理,对比研究了同等条件下单糖和竹纤维素的催化液化过程。测定了竹材液化后的产物即生物油前驱体按一定比例混溶于传统石化柴油后,对柴油性能指标的影响。主要结论如下:1、采用100 m
学位
微生物群落在生态系统功能中起着关键作用,但目前对其在植物根系和土壤中的多样性和生物地理格局的决定因素知之甚少。红锥(Castanopsis hystrix)为我国亚热带地区广泛分布的乡土阔叶用材树种,是典型的外生菌根营养型树种。为了解红锥人工林中地下多重生境中的微生物多样性及群落结构,本文选取了广东广西两地作为研究区域,采集其林下外生菌根、根际土壤和非根际土壤,利用Illumina Mi Seq高
学位
竹子和棕榈藤(以下简称竹藤)是仅次于木材的重要森林植物资源,可以作为食物、药物、能源。由于其特殊的材性和纤维等特性,在建筑、家具等行业广泛应用。竹藤生长周期普遍比树木短,其中,竹子从种植到成林一般只需3~5年,棕榈藤只需要5~7年。与树木相比,竹藤植物一次种植可多次采收,因此对森林砍伐或资源损失影响较小,是重要的非木材类可持续的资源。所以,在现今我国木材供需不平衡的情况下,竹藤已成为木材原材料的重
学位
冰暴、台风等极端气候事件严重干扰了森林生态系统,导致大量新鲜落叶、断枝、断干等非正常凋落物的产生。非正常凋落物输入土壤碳库,将加速或者抑制土壤有机碳的分解,产生正向或者负向的土壤碳的激发效应,进而影响森林碳循环过程。然而,目前关于这一过程的研究仍然十分匮乏。本研究以马尾松(Pinus massoniana)、黧蒴锥(Castanopsis fissa)、米锥(Castanopsis chinens
学位
脱氢枞酸三芳胺及其衍生物均具有良好的荧光性能、热稳定性及空穴传输性能,可应用于空穴传输材料、荧光探针、生物成像等领域。本文以脱氢枞酸三芳胺化合物作为电子供体(D)构建了 D-π-电子受体(A)型、D-π-D型和AIE特性3个类型π-扩展化合物,对它们的光谱性能、聚集诱导发光(AIE)特性、电化学性能、优化构型及分子前线轨道能级、热稳定性等性能进行了研究,探讨了化合物的分子结构与性能之间的关系,并探
学位
竹叶是一种药食两用的天然植物材料,竹叶提取物具有很好的生物活性,其主要活性成分是黄酮类化合物。本研究以簕竹属的粉单竹(Bambusa chungii Mc Clure)和青皮竹(Bambusa textiles Mc Clure)两种竹叶(各50 g)为材料,阴干粉碎。经95%乙醇提取,石油醚萃取,AB-8型号大孔树脂柱分离纯化,浓缩干燥得粉单竹和青皮竹竹叶提取物。用超高效液相色谱(UPLC)与配
学位