小麦秸秆中高纯度纤维素的提取及应用

【摘要】：生物质作为可再生资源由于其生物降解性和在某些领域可替代石油化学产品而日益引人注目。纤维素是生物质的主要组成部分,也是世界上储量最丰富的生物高聚物,同时也成为多种新聚合体和材料的潜在储备。目前,从生物质秸秆中分离纤维素仍是一个重大的挑战。本实验发展了一种以小麦秸秆为原料,分离其中纤维素的绿色化学方法,整个分离过程在水体系及常压下进行,为纤维素工业的绿色化生产开辟了途径。首先用盐酸水溶液对脱蜡后的小麦秸秆进行预水解以除去其中的半纤维素,然后用聚乙二醇/无机盐双相水溶液体系对残渣进行脱木质素处理,并通过改变反应参数,找到了最佳反应条件。Kappa number(紫外吸收光谱法测定)和单糖组分(气质联用测定)的分析结果表明原料秸秆中94.33-79.8%的木质素被脱除,纤维素样品中残余的半纤维素含量为1.2-3.2%,充分说明分离出的纤维素具有非常高的纯度。所得纤维素样品都能够很好的溶解在纤维素的绿色溶剂—氢氧化钠/尿素水体系中。同时我们采用红外光谱,X射线衍射分析和扫描电镜等方法证明了该分离方法的有效性和纤维素溶解过程的发生。经过两步处理后得到纤维素的产率为48.9-55.5%,我们通过对酸处理后残渣的质量和组分的分析,找到了提高纤维素产率的方法,将最终产率提高到67.9%,向工业化大生产迈进了一步。接着,我们向上述纤维素的氢氧化钠/尿素水溶液中加入丙烯酰胺使其在均相条件下发生接枝共聚反应,制备出了吸水倍率达千倍以上的高吸水性树脂,克服了传统纤维素异相法衍生化反应时可及度低的难点,拓展了均相法利用纤维素的新思路,实现了从生物质秸秆到功能纤维素材料的绿色转变。 【关键词】：小麦秸秆 纤维素 分离 溶解 高吸水性树脂 均相反应 丙烯酰胺 接枝共聚
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X712
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 前言9-27
• 1.1 绿色化学9-10
• 1.2 生物质能源10-12
• 1.3 纤维素12-20
• 1.3.1 纤维素的化学结构12
• 1.3.2 纤维素的结晶变体及其转变12-14
• 1.3.3 纤维素的分子量及结晶度14-15
• 1.3.4 纤维素的可及度15-16
• 1.3.5 纤维素的多相反应与均相反应16-17
• 1.3.6 纤维素的溶解体系17-19
• 1.3.7 再生纤维素19-20
• 1.4 生物质纤维素的组成及分离研究进展20-23
• 1.4.1 植物生物质的组成结构20
• 1.4.2 生物质纤维素的分离研究进展20-23
• 1.5 功能纤维素材料23-24
• 参考文献24-27
• 第二章 两步法从小麦秸秆中提取高纯度纤维素并将其溶解 在氢氧化钠/尿素水溶液中27-52
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验部分28-35
• 2.2.1. 原料与试剂28-29
• 2.2.2 实验过程29-32
• 2.2.3 测试与表征32-35
• 2.3 结果与讨论35-46
• 2.3.1 纤维素样品的粘度及分子量35-36
• 2.3.2 纤维素样品的纯度表征36-40
• 2.3.3 小麦秸秆中纤维素的分离及溶解的局部化学研究40-46
• 2.4 提高从小麦秸秆中分离纤维素的产率的研究46-48
• 2.5 本章小结48-49
• 参考文献49-52
• 第三章 均相法在水溶液中制备高吸水性纤维素树脂52-62
• 3.1 引言52-55
• 3.1.1 高吸水性树脂52
• 3.1.2 纤维素接枝聚合制备高吸水树脂52-55
• 3.2 实验部分55-56
• 3.2.1 原料与试剂55
• 3.2.2 实验过程55-56
• 3.2.3 测试与表征56
• 3.3 结果与讨论56-60
• 3.3.1 丙稀酰胺对纤维素/氢氧化钠/尿素体系的稳定作用56-58
• 3.3.2 纤维素与丙烯酰胺接枝共聚物的结构表征58-60
• 3.3.3 树脂的吸水倍率60
• 3.4 本章小结60-61
• 参考文献61-62
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果62-63
• 致谢63

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