水预水解提取半纤维素对桉木碱法制浆影响的研究

摘要

生物质精炼是一种通过实施环境友好的技术，充分有效地利用生物质资源，实现资源可持续发展的科学理念。与制浆造纸相结合的生物质精炼，是目前国际上热门的研究课题之一。生物质精炼将为提升我国制浆造纸工业的发展水平带来新的机遇。本文以与生物质精炼理念相结合的碱法制浆和TCF漂白流程为基础，对造纸速生材原料桉木进行制浆前水预水解抽提半纤维素，考察其对后续碱法制浆和H2O2漂白的影响，并探讨了水预水解对木素化学结构的影响。主要研究内容及结果如下：
　　 ⑴桉木片高温水预水解研究表明，水解液中的半纤维素糖类以戊糖为主，实验条件下的戊糖提取率为28％～42％。后续碱法制浆的结果表明，水预水解可降低NaOH-AQ法制浆和硫酸盐法制浆的用碱量，在相近蒸煮条件下则可降低浆料卡伯值7～10个单位，提高原浆白度4～6个单位，并使浆料中的己烯糖醛酸含量和金属离子含量明显降低，但水预水解使纸浆得率降低1．5～4．5个百分点，黏度也有所下降。
　　 ⑵过氧化氢漂白的实验结果表明，水预水解可提高NaOH-AQ浆料单段P漂和（AQ）P二段漂的漂后白度，降低H2O2的消耗量，提高漂后浆料白度的稳定性；水预水解对硫酸盐浆的（AQ）P漂白也有类似的结果，但对单段P漂影响不大。对纸浆物理性能的研究表明，水预水解使碱法纸浆打浆能耗明显提高，物理强度指标有所下降，（AQ）P二段漂后的硫酸盐浆强度下降较为明显。
　　 ⑶离子色谱对糖类的分析结果表明，水预水解对木片中半纤维素糖类溶出的选择性较高，水解液固形物中糖类占绝大部分，其中一部分仍以低聚糖形式存在。经水预水解后，浆料中的半纤维素含量明显下降，黑液固形物中的糖类物质也下降了近一半。
　　 ⑷紫外光谱、FT-IR光谱和定量31P-NMR谱分析结果显示，水预水解后原料木片的酶解-温和酸水解木素（EMAL）和黑液木素的结构发生了一定的变化。水预水解后原料EMAL木素在紫外光区的吸收增强，酚羟基含量增加，脂肪族羟基含量下降；黑液木素也具有相似的结果。
　　 ⑸对木素样品的GPC分析结果显示，从水预水解后的原料木片中分离的EMAL木素重均分子量有所增大，多分散性稍有降低；而从NaOH-AQ法黑液分离的碱木素分子量有所下降，多分散性降低较明显；而Kraft木素则表现为分子量增大较明显，且多分散性增加。黑液木素的TGA分析结果表明，水预水解对黑液木素的热裂解历程有一定影响，最大热失重速率提高15％～20％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 生物质精炼理念的由来

1.2 我国造纸工业的发展与面临的问题

1.2.1 我国造纸纤维原料问题

1.2.2 我国造纸工业资源环境保护问题

1.3 制浆造纸工业——生物质精炼的大平台

1.3.1 制浆造纸工业清洁生产和发展循环经济的必然要求

1.3.2 制浆造纸工业具有的生物质精炼技术和工业基础

1.4 生物质精炼与造纸工业相结合的模式

1.4.1 基于碱法制浆的生物质精炼模式

1.4.2 天柏(Tembec)模式

1.4.3 溶剂制浆生物质精炼模式

1.5 制浆造纸工业中发展的生物质精炼技术

1.5.1 基于半纤维素的生物质精炼技术

1.5.2 基于木素的生物质精炼技术

1.5.3 黑液气化技术

1.5.4 基于制浆过程副产物的生物质精炼技术

1.6 本课题的研究内容

1.6.1 研究意义

1.6.2 研究内容

第二章 水预水解条件对桉木碱法制浆的影响

2.1 实验材料与方法

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验方法

2.2 结果与讨论

2.2.1 水预水解条件对水解结果的影响

2.2.2 水预水解对木片化学组分的影响

2.2.3 水预水解对桉木NaOH-AQ法制浆性能的影响

2.2.4 水预水解对桉木硫酸盐法制浆性能的影响

2.2.5 水预水解对碱法浆料中己烯糖醛酸含量的影响

2.2.6 水预水解对碱法浆料物理强度的影响

2.3 本章小结

第三章 水预水解对桉木碱法浆料H2O2漂白的影响

3.1 实验材料与方法

3.1.1 原料与试剂

3.1.2 实验方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 未漂碱法浆料性质

3.2.2 水预水解对NaOH-AQ浆料H2O2漂白的影响

3.2.3 水预水解对Kraft浆料H2O2漂白的影响

3.2.4 水预水解对碱法纸浆H2O2漂后返黄性能的影响

3.2.5 漂后浆的打浆性能及物理强度分析

3.3 本章小结

第四章 水预水解及制浆过程中糖类组分的变化

4.1 实验材料与方法

4.1.1 原料与试剂

4.1.2 实验方法

4.2 结果与讨论

4.2.1 预水解过程中糖类组成的变化

4.2.2 碱法制浆过程中糖类组成的变化

4.3 本章小结

第五章 水预水解对原料木素及黑液木素结构的影响

5.1 实验材料与方法

5.1.1 实验原料

5.1.2 实验方法

5.2 结果与讨论

5.2.1 木素纯度分析

5.2.2 紫外光谱分析

5.2.3 FT-IR光谱分析

5.2.4 GPC分析

5.2.5 定量31P-NMR谱分析

5.2.6 黑液木素热重分析

5.3 本章小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢