甘蔗渣制浆前预抽提半纤维素的工艺及机理研究

摘要

为了提高制浆造纸原材料综合利用率和减少制浆造纸过程的污染负荷，结合当前在植物原料制浆前预水解提取半纤维素等组分以实现生物质的增值利用的生物炼制模式，考察反应温度、保温时间、固液比、pH值等因素对甘蔗渣制浆前预抽提效果的影响，探索甘蔗渣预抽提过程半纤维素等糖类的溶出规律。研究主要内容为：甘蔗渣的预处理水解工艺、酸和盐催化水解工艺、抽提反应历程及多糖溶出反应动力学。研究结果如下：
　　 1、甘蔗渣预抽提处理工艺试验表明：温度对处理效果影响最大，得到最佳糖的抽出量预处理工艺条件为：最高温度170℃，固液比1：10，抽提液pH值6.0，保温时间：90min，糖的抽出量达到18％以上（对绝干原料）。
　　 2、引入温度和时间的综合函数H-因子为变量，建立戊糖抽出量与H-因子对数的数学方程（即：Cp=14.4110g（H）-26.1，R2=0.984）；以及初始pH值与对应的戊糖抽出量的关系（Y=164.36-43.63X，R2=0.912）。以提取半纤维素为目的的甘蔗渣热水预抽提过程，应使H-因子约为900 hours，最大不宜超过2000 hours。
　　 3、添加盐酸、甲酸、醋酸及柠檬酸催化剂和盐催化剂的甘蔗渣预抽提处理研究表明：加入酸催化剂可以明显加快半纤维素和纤维素的降解，起到降低抽提最高温度和减少保温时间的作用。选择0.5％醋酸或者1.0％FeCl2在作为水解反应催化剂，均可提高最后的抽提总糖抽出量，在最佳预抽提处理工艺条件下其总糖抽出量分别为28.4％和22.5％。
　　 4、聚戊糖降解和纤维素溶出反应在动力学上表现出两个阶段：主要降解阶段和残余降解阶段，均为拟一级反应，两阶段活化能分别为114.9kJ/mol和126.0kJ/mol。
　　 5、采用最佳预抽提处理工艺条件分别对新鲜甘蔗渣和堆放3个月后旧甘蔗渣进行预处理后再制浆的对比实验表明：新鲜甘蔗渣抽提所得糖液中的已糖、总糖均高于旧甘蔗渣，而戊糖的抽出量两者基本相同。新鲜甘蔗渣总糖抽出量高于旧甘蔗渣。
　　 6、经过预抽提的甘蔗渣用于高沸醇法制浆，测定其浆料物理性能指标实验表明：加入酸催化剂会使浆料抄纸强度下降。酸催化剂的加入促进木素脱除的同时，导致纤维素严重降解使得纤维受到损伤。浆料中木素含量高，纤维硬度较高，其纤维的可塑性不如硫酸盐浆，在打浆初期以纤维切断为主，同时由于纤维的细纤维化程度不高，所以其撕裂指数、耐破指数均较低。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1结合制浆造纸的生物质炼制研究概况

1.1.1制浆造纸工业中原料利用存在的问题

1.1.2制浆过程实现生物炼制的原料抽提预处理

1.2半纤维素水解及利用技术研究

1.2.1半纤维素的水解

1.2.2半纤维素水解制取燃料乙醇技术

1.2.3半纤维素水解制取木糖醇

1.2.4.半纤维素水解制取糠醛

1.3甘蔗渣预处理技术研究现状

1.3.1预处理技术概述及研究现状

1.3.2植物原料在制浆前提取半纤维素研究及现状

1.3.3结合制浆造纸的植物原料组分分离技术可行途径

1.3.4预抽提处理对甘蔗渣造纸的影响

1.4本研究的目的、技术路线、主要内容

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

1.4.3研究技术路线

第二章甘蔗渣预抽提及制浆工艺研究

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甘蔗渣预抽提工艺的研究

2.2.2预抽提工艺正交优化

2.2.3预抽提前后甘蔗渣原料中主要成分含量变化比较及物料平衡

2.2.4新、旧甘蔗渣预抽提研究

2.3 本章小结

第三章甘蔗渣催化预抽提处理研究

3.1材料与方法

3.1.1实验材料

3.1.2实验方法

3.2结果与讨论

3.2.1添加酸催化剂的预抽提研究

3.2.2添加盐催化剂甘蔗渣预抽提预处理研究

3.2.3醋酸催化高沸醇法制浆

3.2.4预抽提前后甘蔗渣纤维结晶度研究

3.3本章小结

第四章预抽提提取糖类物质机理研究

4.1材料与方法

4.1.1实验材料

4.1.2实验方法

4.2结果与讨论

4.2.1抽提反应历程的研究

4.2.2溶出规律与动力学研究

4.3本章小结

第五章全文总结与展望

5.1主要结论

5.2研究展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文