可循環(huán)混合溶劑分離水稻秸稈組份的研究

【摘要】： 隨著化石資源的日益枯竭,人們越來越重視對生物質(zhì)資源的開發(fā)和利用。農(nóng)作物秸稈由于產(chǎn)量大、生長周期短而成為真正意義上的取之不盡的可再生資源,其主要組份(纖維素、半纖維素和木質(zhì)素)的環(huán)?；蛛x是實現(xiàn)該類生物質(zhì)原料高值化利用的關(guān)鍵。本論文開展了可循環(huán)溶劑體系用于水稻秸稈成份分離的相關(guān)技術(shù)和工藝研究。 首先,探索了水煮和水抽提處理對水稻秸稈組份的影響,發(fā)現(xiàn)預(yù)處理后秸稈中半纖維素和木質(zhì)素的含量均有所降低；在此基礎(chǔ)上,考察了以乙二醇／水／催化劑組成的混合體系為溶劑,分離水稻秸稈纖維素、木質(zhì)素和半纖維素等組份的相關(guān)工藝條件,重點(diǎn)研究了催化劑對組份分離的影響,結(jié)果表明,以0.1 mol／L硫酸作為催化劑,可以實現(xiàn)半纖維素的深度水解,同時促進(jìn)木質(zhì)素在混合溶劑中的溶解；0.1 mol／L氫氧化鈉催化分離秸稈組份,可高效脫除木質(zhì)素,但對半纖維素的去除效果不如以硫酸為催化劑明顯；以碳酸鈉等弱堿和氯化鋅、溴化鋰等Lewis酸為催化劑,對組份分離的效果較差。此外,我們還結(jié)合實驗研究結(jié)果,分析了催化劑作用機(jī)理,認(rèn)為：強(qiáng)酸條件有助于半纖維素的水解,并削弱木質(zhì)素之間及其與半纖維素之間的化學(xué)鍵合,提高了木質(zhì)素在溶劑中的溶解度；強(qiáng)堿則可以更有效地破壞木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的酯鍵等薄弱點(diǎn),此外,苯醇基團(tuán)在堿性體系中容易甲基化,可有效防止木質(zhì)素α-碳位的縮合。 為了進(jìn)一步提高秸稈組份分離的效率,本文開展了乙二醇／水／催化劑混合溶劑與蒸爆預(yù)處理相結(jié)合分離秸稈組份的研究。通過正交試驗得到的最佳條件為：乙二醇濃度80%,反應(yīng)時間90 min,反應(yīng)溫度100℃；此條件下分離所得的纖維素產(chǎn)品中,綜纖維素含量達(dá)到94.15%,殘留酸不溶木質(zhì)素含量1.97%,灰分含量3.88%,聚合度287.45。 本文還進(jìn)一步嘗試將秸稈組份分離與纖維素漂白同步進(jìn)行,選擇成本更低和更加環(huán)保的乙醇／水的混合物為溶劑體系,并添加過氧化氫,在實現(xiàn)秸稈纖維素組份分離的同時,同步完成了纖維素漂白。通過正交設(shè)計,得到了最佳工藝條件為：反應(yīng)溫度80℃、過氧化氫濃度1.5 g／120 ml、乙醇濃度80%、反應(yīng)時間10 h；分離所得纖維素樣品中綜纖維素含量達(dá)到95.61%,殘留酸不溶木質(zhì)素含量2.02%,灰分含量2.37%,聚合度1150.64。 通過減壓蒸餾回收乙二醇／水／催化劑混合溶劑(回收率為96%),發(fā)現(xiàn)在不外加催化劑的條件下,回收溶劑可循環(huán)處理水稻秸稈,其對半纖維素的分離效果略優(yōu)于原溶體系,對木質(zhì)素的分離效果與原溶劑相當(dāng)。乙醇／水／過氧化氫混合溶劑提取秸稈纖維素后,混合溶劑中的乙醇可以通過減壓蒸餾回收(回收率為90%),在補(bǔ)加少量水和過氧化氫的條件下,也可再次用于秸稈組份分離。 【關(guān)鍵詞】：水稻秸稈 組份分離 混合溶劑 蒸爆預(yù)處理 高純度纖維素
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：S216.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-30
• 1.1 引言13-16
• 1.1.1 農(nóng)作物秸稈的組份及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)13-16
• 1.1.2 農(nóng)作物秸稈的應(yīng)用現(xiàn)狀16
• 1.2 農(nóng)作物秸稈的組份分離方法16-28
• 1.2.1 物理方法17-19
• 1.2.2 生物方法19-20
• 1.2.3 化學(xué)方法20-28
• 1.2.3.1 臭氧法20-21
• 1.2.3.2 酸水解法21
• 1.2.3.3 堿水解法21-22
• 1.2.3.4 有機(jī)溶劑法22-27
• 1.2.3.5 過氧化氫在紙漿漂白中的應(yīng)用27-28
• 1.3 研究課題的提出和本論文研究的主要內(nèi)容28-30
• 1.3.1 論文研究課題的提出28-29
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容29-30
• 第2章 可循環(huán)溶劑分離水稻秸稈組份的研究30-43
• 2.1 引言30
• 2.2 實驗過程30-32
• 2.2.1 實驗原料30
• 2.2.2 實驗過程30-32
• 2.2.2.1 水煮和水抽提處理31
• 2.2.2.2 乙二醇/水混合溶劑處理31
• 2.2.2.3 溶劑的回收與再利用31-32
• 2.3 樣品組份的分析與表征32
• 2.4 結(jié)果與討論32-42
• 2.4.1 水煮和水處理對秸稈的影響32-35
• 2.4.1.1 水煮和水處理對秸稈形貌的影響32-33
• 2.4.1.2 水煮和水處理對秸稈成份和結(jié)構(gòu)的影響33-35
• 2.4.2 乙二醇/水混合溶劑處理結(jié)果35-42
• 2.4.2.1 催化劑種類的影響35-39
• 2.4.2.2 催化劑濃度的影響39-40
• 2.4.2.3 混合溶劑體系分離的效果40-42
• 2.4.3 溶劑的回收與循環(huán)利用42
• 2.5 結(jié)論42-43
• 第3章 水稻秸稈組份分離的工藝控制43-52
• 3.1 引言43
• 3.2 實驗過程43-44
• 3.2.1 實驗原料43
• 3.2.2 秸稈粉碎和蒸爆預(yù)處理43-44
• 3.2.3 蒸爆秸稈樣抽提處理44
• 3.2.4 乙二醇/水混合溶劑處理44
• 3.2.5 漂白處理44
• 3.2.6 溶劑的回收與再利用44
• 3.3 秸稈分離后樣品組份分析44-45
• 3.4 實驗結(jié)果和討論45-51
• 3.4.1 蒸爆處理對水稻秸稈的影響45-46
• 3.4.2 混合溶劑分離蒸爆秸稈組份的工藝研究46-51
• 3.4.2.1 正交試驗47-48
• 3.4.2.2 極差分析48-51
• 3.5 結(jié)論51-52
• 第4章 高純度秸稈纖維素的提取工藝研究52-60
• 4.1 引言52-53
• 4.2 實驗過程53-54
• 4.2.1 實驗原料53
• 4.2.2 秸稈粉碎和蒸爆處理53
• 4.2.3 蒸爆秸稈乙醇/水/過氧化氫混合溶劑處理53-54
• 4.2.4 乙醇/水/過氧化氫混合溶劑的回收54
• 4.3 秸稈樣組份分析54
• 4.4 實驗結(jié)果和討論54-59
• 4.4.1 乙醇/水/過氧化氫混合溶劑處理蒸爆秸稈的條件初探54-55
• 4.4.2 正交試驗55-56
• 4.4.3 極差分析56-59
• 4.5 本章結(jié)論59-60
• 結(jié)論及工作展望60-62
• 結(jié)論60-61
• 工作展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-73
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及科研成果73-74

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興化10萬畝水稻秸稈旋耕還田    記者 王庭君

日又現(xiàn)500余頭疑似“輻射?！绷魃?nbsp;   

稻草也能變金條    袁春梅　胡利民 莊文明

青浦加大秸稈還田扶持力度    通訊員 吳軍　顏震杰

通州推廣秸稈還田新方法    記者 趙勇進(jìn)通訊員 凌華

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明年將加大有機(jī)肥扶植力度    記者 王愛娥

有機(jī)肥“肥”了常熟田    本報記者 徐琦

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水稻秸稈煙霧灰分對蔬菜生長和品質(zhì)及體內(nèi)多環(huán)芳烴含量影響的研究    諸衛(wèi)平

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水稻秸稈的化學(xué)處理技術(shù)及應(yīng)用可行性研究    杜文鶴

腐稈劑對水稻秸稈快速腐熟過程的作用機(jī)理研究    楊帆

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