麦草烧碱-蒽醌法制浆及TCF漂白过程中木素结构变化的研究

摘要

近年来，虽然通过增加木浆比例和提高废纸资源的利用率来调整制浆造纸原料结构，但非木材原料(尤其是麦草)仍是我国重要的纤维资源。因此研究麦草在制浆及漂白过程中木素结构的变化对发展我国造纸工业具有举足轻重的作用。 本文系统地研究了酶用量对酶解-弱酸解两段法提取麦草浆残余木素的影响，结果表明，当酶用量为3mL/g绝干浆时，所得残余木素的得率和纯度较高，能很好地反应木素的原本结构。 采用酶解-弱酸解两段法分别从麦草原料、蒸煮各个阶段纸浆及OQP漂白纸浆中分离出原料木素和纸浆残余木素试样。采用酸析法得到粗的黑液溶出木素试样，并用弱酸解法进行提纯，得到纯度较高的溶出木素试样。 通过凝胶渗透色谱对所有木素试样进行了木素分子质量分布的研究。结果表明，麦草在烧碱-蒽醌法蒸煮过程中，随着蒸煮的加深，残余木素的平均分子质量先增大后减小，升温后期和保温初期，是造成木素大分子降解的主要阶段；黑液溶出木素的平均分子质量逐渐增大；在OQP漂白中，木素分子的平均分子质量都在减小。与过氧化氢漂白相比，氧脱木素过程中木素平均分子质量减小幅度较大。麦草在蒸煮和漂白各个阶段，纸浆残余木素平均分子质量均大于溶出木素，但木素多分散性基本没有变化。 利用红外光谱和磷谱核磁共振技术，对木素结构中功能基团进行了定性和定量分析。通过31P-NMR谱图系统地分析了麦草在烧碱-蒽醌法蒸煮及OQP漂白过程中木素结构中功能基团含量的变化规律。 在烧碱-蒽醌法蒸煮中，麦草残余木素在升温初期，脂肪族含量略有增加，羧基增加，总酚羟基下降，随着蒸煮的进行，脂肪族羟基迅速下降，羧基含量基本不变，总酚羟基含量增加，缩合酚羟基和紫丁香基含量逐渐增加，愈疮木基和脱甲基酚羟基、对酚羟基含量逐渐降低。 在烧碱-蒽醌蒸煮过程中，随着蒸煮的加深，溶出木素中脂肪族羟基开始降低很快，后来基本保持不变；总酚羟基含量增加，其中紫丁香基酚羟基和缩合酚羟基含量增加，愈疮木基酚羟基和对酚羟基的含量变化幅度较小。在蒸煮初期产生了大量的羧基，但随着蒸煮程度的加深，羧基含量有所减少。 在氧脱木素中，纸浆残余木素中脂肪羟基和羧基含量增加，总酚羟基含量基本不变；废液中溶出木素脂肪羟基比未漂浆残余木素中含量低，但总酚羟基和羧基含量较高；纸浆残余木素中，缩合酚羟基、紫丁香基酚羟基、愈疮木基酚羟基、对酚羟基含量变化不大，但废液溶出木素各酚羟基含量均高于残余木素。 过氧化氢漂白后，纸浆残余木素中脂肪羟基和羧基含量增加，总酚羟基及各酚羟基含量明显降低，木素结构单元间的连接没有明显断裂，但木素结构单元发生了开环反应。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1制浆造纸工业在国民经济中的地位及作用

1.1.2我国造纸工业的现状、特点及发展趋势

1.1.3重视草类制浆造纸的必要性

1.2木素

1.3木素结构的研究进展

1.3.1木素及其结构

1.3.2木素结构单元

1.3.3木素结构单元间主要连接类型

1.3.4木素-碳水化合物复合体

1.4麦草木素分离方法的研究进展

1.4.1原料和纸浆中木素的分离

1.4.2黑液中溶出木素的分离与提纯

1.5木素结构分析

1.5.1紫外吸收光谱

1.5.2红外吸收光谱

1.5.3凝胶渗透色谱(GPC)技术

1.5.4 31p-核磁共振

1.6研究目的意义和主要内容

1.6.1研究的目的和意义

1.6.2研究的主要内容

第2章酶解-弱酸解法分离麦草浆残余木素的研究

2.1原料和实验方法

2.1.1原料

2.1.2木素分离与提纯

2.1.3检测

2.2结果与讨论

2.2.1底物浓度对酶解率的影响

2.2.2酶用量对纤维长度、细小纤维含量的影响

2.2.3扫描电镜分析

2.2.4酶用量对酶解率和木素提取率的影响

2.2.5纯度分析

2.2.6红外光谱分析

2.3本章小结

第3章麦草烧碱-蒽醌法蒸煮中木素分子质量变化的研究

3.1原料和实验方法

3.1.1原料

3.1.2蒸煮

3.1.3木素分离

3.1.4木素试样的乙酰化

3.1.5凝胶渗透色谱分析(GPC)

3.2结果与讨论

3.2.1蒸煮结果

3.2.2木素得率及纯度

3.2.3木素平均分子质量分布曲线

3.2.4蒸煮过程中木素平均分子质量的变化

3.2.5木素多分散性

3.3本章小结

第4章麦草烧碱-蒽醌法蒸煮中木素结构变化的研究

4.1原料和实验方法

4.1.1木素试样

4.1.2 31p-核磁共振

4.1.3红外光谱分析

4.2结果与讨论

4.2.1木素样品31p-NMR谱图及分析

4.2.2木素结构分析

4.2.3残余木素结构的变化

4.2.4溶出木素结构的变化

4.2.5溶出木素和残余木素结构比较

4.2.6红外光谱分析木素结构变化

4.3本章小结

第5章麦草烧碱-蒽醌浆在TCF漂白中木素结构变化的研究

5.1原料和实验方法

5.1.1原料

5.1.2氧脱木素

5.1.3螯合处理和过氧化氢漂白

5.1.4检测

5.2结果与讨论

5.2.1氧脱木素及过氧化氢漂白结果

5.2.2木素分离和提纯

5.2.3 TCF漂白中木素分子质量的变化

5.2.4 TCF漂白中木素结构的变化

5.3本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文