酶解木质素溶剂法分级及其产物亚甲基蓝吸附研究

摘要

木质素是自然界中含量最丰富的天然芳香族化合物，其年产量非常大。但木质素分子量的多分散性造成其结构性能不均一，因此限制了木质素的应用。而利用分级分离的方式，能够以分子量为尺度分级制备反应活性及性能相近的木质素，根据其不同特性分别加以利用。 本论文以玉米秸秆酶水解木质素(EHL)为原料，分别利用甘油-乙醇和水-乙醇两种溶剂分级方法对EHL原料进行分级，得到三种不同的级分(F1、F2和F3)。研究发现这两种溶剂分级方法在分级木质素时有提纯木质素的效果;通过GPC分析得到该分级方法分级时降低了木质素分子量和分散度;在后续FTIR、NMR和Py-GC/MS研究得到三种木质素级分与EHL原料相比，分子量发生了变化，但化学结构并未发生明显的变化，三级分都具有木质素的基本结构，证明了这两种溶剂分级方法不会破坏木质素的基本结构;但除了分子量之外也存在一些区别:F1级分的酚酸类物质和S型木质素结构单元的含量要高于F2和F3，但G型木质素结构单元的含量低于F2和F3级分。 将水-乙醇溶剂分级得到的木质素级分和原料EHL进行吸附亚甲基蓝研究，吸附效果为EF3＞EF2＞EHL＞EF1，即大分子量的木质素对亚甲基蓝溶液的吸附效果是最好的，且EF3对于亚甲基蓝的单位吸附量可达到415mg/g;对于EF3级分其吸附反应动力学经线性拟合符合二级动力学，其等温吸附线符合Langmuir等温吸附线;研究木质素吸附前后红外谱图发现:在吸附亚甲基蓝后的FTIR谱图中存在亚甲基蓝相应归属的吸收峰，因此证明了木质素对亚甲基蓝的吸附。通过分析木质素性能，即Zeta电位、粒径、比表面积、SEM和EDS，证明EF3对亚甲基蓝的吸附效果最好，且吸附效果是有由正负电荷间静电引力引起的。研究EF3级分循环利用发现，EF3级分使用次数可达7次，且EF3对亚甲基蓝溶液的单位吸附量和清除效率随着循环使用次数的增加而下降。 木质素具有可再生性，且溶剂分级和木质素循环使用过程中使用的溶液甘油、乙醇和水是常使用的绿色溶剂，因此整篇研究从原料选取、木质素分级和木质素循环使用都是绿色可持续的。

目录

声明

摘要

1前言

1．1．1木质素的存在

1．1．2木质素的结构

1．2木质素的分级

1．2．1木质素的多分散性

1．2．2木质素分级的意义

1．2．3木质素分级方法

1．3木质素在吸附方面的应用

1．3．1木质素吸附有机污染物

1．3．2木质素吸附重金属

1．4染料废水的危害和处理方法

1．5．1研究内容

1．5．2研究目的和意义

2材料与方法

2．1实验材料与仪器

2．1．1实验材料

2．1．2实验药品

2．1．3实验仪器

2．2溶剂分级木质素及其表征

2．2．1甘油-乙醇溶剂体系分级木质素及其表征

2．2．2水-乙醇溶剂体系分级木质素及其表征

2．3．1木质素及其分级产物吸附亚甲基蓝

2．3．2吸附动力学和热力学

2．3．3木质素Zeta电位表征

2．3．4木质素比表面积表征

2．3．5木质素扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)表征

2．4木质素循环利用

2．4．1实验方法

2．4．2木质素循环利用1生能表征

3结果与讨论

3．1．1木质素组分分析

3．1．2木质素分子量分布分析

3．1．3木质素红外光谱分析

3．1．4木质素核磁分析

3．1．5木质素Py-GC／MS分析

3．2水-乙醇溶剂体系分级木质素及其表征结果分析

3．2．1木质素组分分析

3．2．2木质素分子量分布分析

3．2．3木质素红外光谱分析

3．2．4木质素核磁分析

3．2．5木质素Py-GC／MS分析

3．3．1亚甲基蓝溶液初始浓度

3．3．2吸附剂(木质素)加入量

3．3．3吸附时间

3．3．4 pH值

3．3．5温度

3．3．6吸附动力学与热力学

3．3．7木质素吸附前后红外谱图分析

3．4不同级分吸附性能差异及吸附机理分析

3．4．1木质素Zeta电位和粒径分析

3．4．2木质素比表面积表征

3．4．3木质素SEM和EDS能谱分析

3．5木质素循环利用性能分析

4结论

4．1本文主要结论

4．2本文创新之处

5展望

参考文献

7攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢