半纤维素预提取对竹子木素及LCC结构影响研究

摘要

经前期研究发现,热水预提取竹子半纤维素后,竹片的颜色加深,制备得的APMP浆也较难漂白;而碱性过氧化氢(AHP)预提取后,竹片的颜色变浅,制备得的APMP浆白度提高较大。故本论文从原料木素变化的角度,利用红外光谱(FT-IR)和核磁共振波谱(13C-NMR)对预处理前后磨木木素(MWL)、木素-碳水化合物(LCC)和水可溶性木素(LCC-AcOH)的结构变化进行分析;并且为了更详尽地了解预处理对 MWL和LCC的影响,对从粉单竹中提取出的MWL和LCC模拟预提取条件过程进行降解,分析预提取对MWL和LCC的结构变化影响。通过这些研究,分析热水和AHP提取对竹片原料及APMP浆白度变化的影响原因,为生物质精炼与制浆造纸相结合提供一定的理论依据。研究结果如下:
　　1、竹子原料经热水预提取后,原料颜色加深,制得的纸浆白度有较大幅度的下降,漂白浆PC值增大。经AHP预提取后,制备得的APMP浆及其漂白浆,纸浆白度有明显的提高,未漂浆白度提高约5％ISO,漂白浆提高约7%ISO,PC值降低一倍多,且不影响漂白浆得率。
　　2、热水预提取后,MWL中的羟基,脂肪族C-H含量减少;羰基C=O、紫丁香基木素、芳环结构、C-H苯环,以及愈疮木基中的C6(α-OR),醚化的β-芳基醚C5(α-OAC)等结构均有所增加,使得木素结构中发色基团含量增加,预提取后竹片颜色加深。而MWL经热水预提取条件处理后,产物中羟基和脂肪族的C-H,O-H和-CH3均减少,而非共轭 C=O、芳香环、紫丁香基、缩合愈疮木基、愈疮木基、C-C、C-O和C=O含量增加。
　　3、热水预提取后原料的LCC和LCC-AcOH结构中,羟基、非共轭C=O、酯羰基、芳环结构、愈疮木基木素和紫丁香基木素含量增加;β-O-4中的Cα、Cβ、Cγ,聚木糖中的C3/C4、C2,松脂醇中的Cγ,β-葡萄糖中的C3、C4、C5,β-木糖中的C3和C5,α-O-4中的Cγ,α-、β-甘露糖中的C6,α-、β-葡萄糖中的C6,α-半乳糖中的C6含量均减少,使得木素与碳水化合物间的化学键遭到破坏木素游离出来,从而使得原料中发色基团含量增加,颜色加深。
　　而 LCC经热水预提取条件处理后,产物中羟基、C=O、芳香环结构、愈疮木基和紫丁香基结构含量增加;而β-O-4、聚木糖、松脂醇、β-葡萄糖、β-木糖、α-O-4,α-、β-甘露糖,α-、β-葡萄糖,α-半乳糖等结构含量却下降,说明β-O-4链接键发生较大程度的断裂,碳水化合物水解溶出,使得部分木素结构游离出来。
　　4、AHP预处理后,原料MWL中的C=O、C-C、C-O、C-H键、芳香环结构、肉桂酸、松脂醇、愈疮木基甲氧基、愈疮木基木素和紫丁香基木素含量下降,原因是过氧化氢具有较强的氧化性,在碱性条件下可以氧化脱除部分木素,使得发色基团的含量下降,原料颜色变浅,可漂性增加。MWL在经AHP预处理后,芳香环、紫丁香基、缩合愈疮木基、愈疮木基、C-C、C-O和C=O结构均有一定程度的减少,肉桂酸和松脂醇也有所减少,使得预处理后原料中发色基团含量减少,也进一步说明了竹片的颜色变浅的原因。
　　5、AHP预处理后,LCC和LCC-AcOH中羟基、脂肪族C-H、酯羰基、芳环结构、愈疮木基和紫丁香基含量均减少;LCC中酰基、肉桂酸、苯甲酸和苯乙烯酸含量降低,β-O-4中Cα、Cβ和Cγ,聚木糖中的C3/C4、C2,松脂醇中的Cγ,β-葡萄糖中的C3、C4、C5,β-木糖中的C3和C5,α-O-4中的Cγ,α-、β-甘露糖中的C6,α-、β-葡萄糖中的C6,α-半乳糖中的C6含量也均下降。
　　LCC经AHP预处理后羟基O-H、脂肪族C-H、非共轭C=O、酯羰基、芳香环结构、紫丁香基、愈疮木基和缩合愈疮木基含量均下降。松脂醇、葡萄糖、木聚糖、甘露糖和半乳糖等糖组分发生一定的降解。β-O-4结构含量下降,愈疮木基和紫丁香基木素结构部分降解,使原料中发色基团含量下降,故原料可漂性提高。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 生物质资源的应用现状

1.3 生物质精炼与制浆造纸相结合

1.4 半纤维素的提取方法

1.5 木素—碳水化合物（LCC）的研究现状

1.6 木素及LCC的分析方法

1.7 研究目的及研究内容

第二章 热水预提取对竹子木素及LCC结构变化的影响

2.1 实验

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第三章 碱性过氧化氢预处理对竹子原料木素及LCC结构的影响

3.1 实验

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 结论

论文创新点

对未来工作的建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文