竹片化学机械法提取木聚糖研究

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木聚糖是半纤维素的重要成分之一,其提取与制备一直以来都是研究热点。我国竹材资源丰富,具有较大的应用潜力。但由于竹片本身结构致密,药液渗透困难,致使木聚糖提取难度大,且提取率不高。同时,传统制浆造纸行业发展面临着产品单一、行业竞争力下降等诸多问题。本论文以竹子为研究对象,通过螺旋挤压-碱液预浸渍-PFI磨-碱提取工艺,研究每个环节各因素对竹片木聚糖得率的影响,利用FTIR、NMR、热重对产物进行分析,最后进行正交实验分析各因素对木聚糖得率的影响,同时比较不同打浆度下残余物的抄纸性能。采用螺旋挤压-碱液预浸渍-PFI磨对竹片进行预处理,探究了螺旋挤压次数、进料浓度,碱液预浸渍用碱量、液比、时间,以及PFI磨转数对于竹片木聚糖得率的影响,并对处理后的物料进行SEM分析。实验结果表明,预处理提高了浆料细小纤维率以及分丝帚化指数,这有利于木聚糖提取。竹片预处理单因素实验较佳工艺条件为:螺旋挤压4次、35%的进料浓度、预浸渍用碱量为6%、液比1:4在常温下浸渍物料90 min后经过5000转PFI磨。此工艺下木聚糖得率为55.23%,浆料得率为68.07%,木素脱除率为54.85%。通过SEM发现,螺旋挤压、PFI磨以及碱液预浸渍对竹片起到了分丝帚化、细纤维化以及润胀的作用。采用碱提取法对预处理后的物料进行木聚糖提取,探究了碱提取用碱量、液比、保温时间、保温温度对于竹片木聚糖得率的影响。通过FTIR、NMR、SEM以及热重对产物以及原料进行分析。实验结果表明,碱法提取竹片木聚糖的单因素实验较佳工艺条件:碱提取用碱量80%、液比为1:8在保温温度125℃的高压灭菌锅中处理45 min后,木聚糖得率85.13%,浆料得率56.32%,木素脱除率70.98%。通过对原料、产物以及浆料进行分析,发现产物除包含有木聚糖之外,还有阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、木素等物质。根据PFI磨转数、碱提取用碱量、液比、保温温度以及保温时间设计五因素四水平正交实验,结果表明这5种影响因素对于木聚糖得率影响的主次顺序为:温度>用碱量>液比>时间>PFI磨转数。正交实验最优条件下,木聚糖得率为86.85%。将木聚糖提取最佳工艺条件下的残余物打浆至不同打浆度,对比不同打浆度下浆料纤维形态以及手抄片性能,实验结果表明,随着打浆度升高,纸张强度呈现出先增长后下降的趋势,按照箱板纸抄纸要求,发现打浆度为39°SR,纸张定量为90 g/m~2时纸张强度性能满足箱板纸技术指标强度要求,可以实现生物质资源的综合利用。
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