絮凝法分离稻草秸秆预处理碱液中木质素及其工艺优化的研究

【摘要】：木质素作为一种可再生的天然高分子有机物在工业、农业、医药等领域有着广泛的应用,农业废弃秸秆就是木质素主要来源之一,在生物质稻草秸秆中含有约20%的木质素,来源丰富,价格低廉,有着潜在的利用价值。但稻草秸秆中还含有35%-40%的纤维素和25%的半纤维素,三者构成了致密的网状结构,使得对木质纤维素中各成分进行利用前必须对木质素进行有效的剥离。本课题组通过基于s03微热爆预处理技术结合碱处理可高效剥离秸秆中的木质素。但要想实现木质素的资源化利用同时避免环境污染,就必须对碱液中的木质素进行高效的分离并使得碱液能够回收再利用。因此,本研究就碱液中木质素分离方法的选择、絮凝分离条件的工艺优化和不同分离方法的分离机理等方面开展了相应的研究,并取得如下结果：1.首先分别从金属离子、有机溶剂、大分子化合物三个方面筛选能够高效分离碱液中木质素的絮凝剂,从而得到CaCl2和乙二醛具有分离碱液木质素的能力。其中100mL碱液中加入1g的CaCl2可得到1.2g左右的絮凝产物,其木质素含量约为17%左右；100mL碱液中加入10mL30%的乙二醛水溶液可得到1.7g左右的絮凝产物,其木质素含量约为35%左右。2.以木质素得率和絮凝产物中木质素含量为指标,对CaCl2分离木质素进行了工艺优化,得到最佳的工艺路线为：CaCl2添加量为碱液总量的1%,絮凝温度为50℃,絮凝时间为6 h,碱液pH为11的条件下,木质素得率约为1.0g,分离产物中木质素含量约为40%。采用Design Expert软件对试验模型进行典型性分析,获得最大的絮凝产物得率及其木质素含量的条件：CaCl2添加量为1.09g,絮凝温度为50.39℃,碱液pH为10.91。在此条件下,进行CaCl2絮凝分离碱液中木质素的研究,6h后絮凝分离产物得率实际达到0.8347g,絮凝产物中木质素含量实际达到44.32%,絮凝条件优化效果较显著。3.利用FT-IR、XPS等检测手段对胺类物质与乙二醛共同作用分离碱液中木质素加以表征,在红外图谱中可以发现乙二醛与乙二胺共同作用分离所得的木质素特征吸收峰比较明显,元素分析结果表明分离产物中N元素含量有了明显的升高。同时对乙二醛与乙二胺分离碱液中木质素进行工艺优化,得出最佳条件为：30%乙二醛溶液添加量为碱液总量的10%,乙二胺添加量为碱液总量的1%,絮凝温度为90℃,絮凝时间为6h,pH维持原碱液的碱性环境(pH值约13),此时分离所得木质素得率约为2.0g,絮凝物中木质素含量约为39%。 【关键词】：木质素 预处理碱液 稻草秸秆 絮凝分离
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O636.2
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 木质素碱液概述15-19
• 1.1.1 木质素简介15-16
• 1.1.2 木质素碱液的来源16-18
• 1.1.3 木质素碱液的环境问题18-19
• 1.2 木质素碱液处理现状及研究进展19-22
• 1.2.1 碱回收法19
• 1.2.2 生物处理法19-20
• 1.2.3 物理化学法20-22
• 1.3 碱液木质素的资源化利用22-23
• 1.3.1 在农业领域的应用22-23
• 1.3.2 在工业领域的应用23
• 1.3.3 在医药领域的应用23
• 1.3.4 在其他领域的应用23
• 1.4 本研究的研究目的、内容与意义23-25
• 1.4.1 研究目的与内容23-24
• 1.4.2 研究意义24-25
• 第二章 絮凝剂的筛选及其絮凝分离产物的表征25-37
• 2.1 引言25
• 2.2 材料与方法25-28
• 2.2.1 材料25-26
• 2.2.2 检测方法26-28
• 2.2.3 研究方法28
• 2.3 结果与讨论28-35
• 2.3.1 总糖测定标准曲线的绘制28-29
• 2.3.2 木质素碱液中的组分分析29-30
• 2.3.3 絮凝分离物中木质素含量的检测30-33
• 2.3.4 红外光谱分析33-35
• 2.3.5 元素分析35
• 2.4 本章小结35-37
• 第三章 氯化钙絮凝分离碱液中木质素的特性研究37-57
• 3.1 引言37-38
• 3.2 材料与方法38-40
• 3.2.1 材料38
• 3.2.2 检测方法38-39
• 3.2.3 研究方法39-40
• 3.3 结果与讨论40-53
• 3.3.1 总糖测定标准曲线的绘制40
• 3.3.2 氯化钙絮凝后上清液中的组分分析40
• 3.3.3 絮凝分离产物结构的表征40-42
• 3.3.4 不同因素对絮凝分离产物的量及其木质素含量的影响42-53
• 3.4 氯化钙絮凝分离碱液中木质素机理的初步研究53-54
• 3.5 本章小结54-57
• 第四章 乙二醛絮凝分离碱液中木质素的特性研究57-69
• 4.1 引言57
• 4.2 材料与方法57-59
• 4.2.1 材料57
• 4.2.2 检测方法57-58
• 4.2.3 研究方法58-59
• 4.3 结果与讨论59-65
• 4.3.1 不同胺类物质对絮凝分离产物的量及其木质素含量的影响59-60
• 4.3.2 絮凝分离产物结构的表征60-62
• 4.3.3 不同因素对絮凝分离产物的量及其木质素含量的影响62-65
• 4.4 乙二醛絮凝分离碱液中木质素机理的初步研究65-66
• 4.5 本章小结66-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69-70
• 5.2 展望70-71
• 参考文献71-77
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况77

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