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玉米秸秆中的木质素分离研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 22:03:02
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玉米秸秆中的木质素分离研究【摘要】:随着环境污染和能源危机等问题日益严重,人类逐渐开始认识到人与自然和谐关系的恶化所带来的严重后果。木质纤维素类生物质因其可再生性、可降解性而日益受

【摘要】:随着环境污染和能源危机等问题日益严重,人类逐渐开始认识到人与自然和谐关系的恶化所带来的严重后果。木质纤维素类生物质因其可再生性、可降解性而日益受到重视,自然界储量丰富的木质素成为重要的可再生资源。离子液体作为一种新型的“绿色溶剂”,其对玉米秸秆中的木质素有较好的溶解性能,在生物质废弃物的资源化利用方面具有良好的应用前景。 本文以木质素溶出率和木质素选择性溶解能力为评价指标,采用离子液体法和生物法分别对玉米秸秆生物质中的木质素进行溶解和降解,研究其最佳工艺条件,并对其优劣性进行了比较分析。 本文提出了一种利用阴离子交换树脂来获得高纯度离子液体的合成方法。自行设计并合成了4种阴离子功能化离子液体,分别为[BMIM][HCOO]、[BMIM][CH_3COO]、[BMIM][CH_3CH_2COO]和[BMIM][N(CN)_2],并采用~1H-NMR和~(13)C-NMR对离子液体的化学结构进行了表征和验证。[BMIM][CH_3COO]对玉米秸秆进行的正交试验表明反应温度是影响木质素溶出率的最主要因素。通过4种离子液体溶解玉米秸秆的单因素对比实验可得,在固液比5%,反应时间24h和反应温度140℃的条件下[BMIM][N(CN)_2]对木质素的溶出率最高,为75.15%;且对木质素的选择性溶解能力最强,最高的选择性溶解系数η可达1.8073。 粗漆酶能不同程度地降解玉米秸秆中的酸溶木素和酸不溶木素,其对酸不溶木素的降解专一性较酸溶木素强。在漆酶浓度0.5U·g~(-1),反应温度45℃,反应时间5h,pH值6.5,固液比1:25的条件下,木质素的溶出率最高。不同体积百分比的3种脂肪酸离子液体的加入对粗漆酶的酶活力有一定的负面影响,体积比越大,抑制作用越显著;在10%体积比下,离子液体完全抑制漆酶的活性,漆酶处于失活状态;其中,[BMIM][HCOO]对酶活的抑制作用最为明显。 比较离子液体法和漆酶法,前者对木质素溶解能力强,木质素溶出率高,后者对木质素的选择性溶解能力强,但木质素溶出率低。 【关键词】:玉米秸秆 木质素 离子液体 选择性溶解 漆酶 成分分析
【学位授予单位】:河南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X712
【目录】:
  • 摘要2-4
  • ABSTRACT4-9
  • 第1章 绪论9-23
  • 1.1 木质纤维素类生物质能源的发展概况9-10
  • 1.2 玉米秸秆类生物质概述10-12
  • 1.2.1 生物质的化学组成10-11
  • 1.2.2 纤维素的结构和性质11
  • 1.2.3 半纤维素的结构和性质11-12
  • 1.3 木质素概述12-14
  • 1.3.1 木质素的结构和性质13-14
  • 1.3.2 木质素的应用现状和前景14
  • 1.4 玉米秸秆中木质素的分离方法14-17
  • 1.4.1 物理法15
  • 1.4.2 化学法15-17
  • 1.4.3 生物法17
  • 1.5 离子液体概述17-20
  • 1.5.1 离子液体的定义和性质17-18
  • 1.5.2 离子液体的结构和种类18
  • 1.5.3 离子液体的合成方法18-19
  • 1.5.4 离子液体在溶解木质素中的应用19-20
  • 1.6 漆酶概述20-21
  • 1.6.1 漆酶的定义和性质20-21
  • 1.6.2 漆酶在降解木质素中的应用21
  • 1.7 本论文研究思路与内容21-23
  • 第2章 实验内容与方法23-35
  • 2.1 实验材料23-26
  • 2.1.1 实验原料23
  • 2.1.2 实验药品和试剂23-24
  • 2.1.3 实验仪器和设备24-25
  • 2.1.4 主要溶液25-26
  • 2.2 实验方法26-30
  • 2.2.1 阴离子交换树脂的预处理、转型及再生26
  • 2.2.2 脂肪酸离子液体的制备26-27
  • 2.2.3 [BMIM][N(CN)_2] 的合成27-28
  • 2.2.4 玉米秸秆的预处理28
  • 2.2.5 离子液体溶解玉米秸秆28
  • 2.2.6 漆酶处理玉米秸秆28-29
  • 2.2.7 玉米秸秆的成分分析29-30
  • 2.2.8 离子液体的回收30
  • 2.3 分析测定方法30-35
  • 2.3.1 离子液体的 ~1H-NMR 、~(13)C-NMR 表征30
  • 2.3.2 混合单糖溶液标准曲线的绘制30-31
  • 2.3.3 玉米秸秆各组分含量的测定31-33
  • 2.3.4 玉米秸秆溶出率的测定33
  • 2.3.5 木质素和总糖溶出率的测定33
  • 2.3.6 木质素选择性溶解能力的测定33-34
  • 2.3.7 漆酶活力的测定34
  • 2.3.8 离子液体对漆酶活力的影响34-35
  • 第3章 离子液体溶解玉米秸秆中木质素工艺研究35-45
  • 3.1 离子液体的~1H-NMR 和~(13)C-NMR 图谱分析35
  • 3.2 [BMIM][CH_3COO] 溶解木质素条件研究35-38
  • 3.2.1 正交试验方案设计35-36
  • 3.2.2 溶解前后成分分析结果36-37
  • 3.2.3 正交试验结果分析37-38
  • 3.3 离子液体溶解前后玉米秸秆的成分分析38-41
  • 3.3.1 溶解前后玉米秸秆的高效液相色谱图38-39
  • 3.3.2 溶解前后成分分析结果39-41
  • 3.4 离子液体溶解木质素条件研究41-43
  • 3.4.1 阴离子结构与反应温度对玉米秸秆溶解的影响41-42
  • 3.4.2 阴离子结构与反应温度对木质素溶解的影响42-43
  • 3.4.3 木质素最佳溶解条件的选择43
  • 3.5 离子液体对木质素选择溶解性研究43-44
  • 3.5.1 阴离子结构与反应温度对木质素选择性溶解系数的影响43-44
  • 3.5.2 对木质素选择溶解能力最强离子液体的选择44
  • 3.6 本章小结44-45
  • 第4章 漆酶降解玉米秸秆中木质素工艺研究45-54
  • 4.1 漆酶降解木质素条件研究45-50
  • 4.1.1 正交试验方案设计45-46
  • 4.1.2 玉米秸秆处理前后溶出率46
  • 4.1.3 降解前后玉米秸秆的高效液相色谱图46-48
  • 4.1.4 成分分析结果48-49
  • 4.1.5 正交试验结果分析49-50
  • 4.2 离子液体对漆酶稳定性影响的研究50-52
  • 4.2.1 离子液体添加量的选择50-51
  • 4.2.2 离子液体对漆酶酶活影响的计算51-52
  • 4.2.3 离子液体对漆酶稳定性的影响52
  • 4.3 本章小结52-54
  • 第5章 结论54-56
  • 参考文献56-61
  • 缩略语词汇表61-62
  • 附录 A 离子液体的 NMR 核磁共振谱图62-70
  • 致谢70-71
  • 攻读硕士学位期间的研究成果71


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