漆酶处理抑制木素热塑过程中VOCs挥发量的研究

摘要

随着人类社会的不断发展，环境污染和资源危机等问题正日趋严重，寻求清洁型新能源也就成为当今时代研究的热潮。木素作为制浆造纸的副产品，具有来源广、可再生、价格低、可降解等优质特性，由于其特殊的分子结构，还使得木素具有良好的力学性能和加工性能，是一种适合当代社会发展的新能源。基于木素的这些优势，木素取代石油原料作为应用材料已经受到人们的广泛关注，然而，在木素的应用上还存在一些困难，困难之一就是木素热塑过程中易产生挥发性有机物(VOCs)，它不仅存在于木素中，在木素热塑加工过程中也会形成，该缺陷使得木素的应用受到了极大限制。
　　本论文从减少木素热塑过程中VOCs挥发量的角度入手，以三倍体毛白杨硫酸盐木素和落叶松硫酸盐木素作为实验原料，采用漆酶对其进行处理，研究漆酶处理前后木素热塑过程中VOCs挥发量的变化。同时，对实验原料中VOCs化学组分进行了分析及漆酶处理木素的反应机理进行了探索。
　　实验采用固相微萃取(SPME)气质联用仪对黑液中VOCs种类及相对含量进行检测。数据显示，黑液中的挥发性有机物主要有酚类物质、有机硫化物和蒎烯类物质。在三倍体毛白杨硫酸盐黑液中，小分子酚类物质占总挥发性物质59.9％，有机硫化物占5.0％，蒎烯类物质占28.8％。在落叶松硫酸盐黑液中，小分子酚类物质占总挥发性物质44.8％，有机硫化物占2.6％，蒎烯类物质占19.4％。
　　实验分别采用顶空气相色谱仪(HS-GC)和热重分析仪(TGA)对漆酶处理前后木素热塑过程中VOCs进行检测。顶空气相色谱分析表明，木素在漆酶处理后VOCs挥发减少量可达35.70％;木素热重分析结果表明，经漆酶处理后，在热塑温度为190℃处，木素热塑过程中挥发出物质的量比空白样少0.9％（相对于木素含量），而木素中的有机物含量要高出空白样的0.7％（相对于木素含量）。
　　漆酶用量对木素热塑过程VOCs挥发量的影响实验表明，随着漆酶用量的增加，木素热塑过程中VOCs的挥发量呈减少的趋势，在漆酶用量为80U/g处理条件下，三倍体毛白杨木素反应后的滤液中酚类物质含量降低了32.6％，落叶松木素反应后的滤液中酚类物质含量降低了24.0％。
　　实验分别采用气质联用仪(GC-MS)，凝胶渗透色谱仪(GPC)，核磁共振仪(NMR)和傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)对漆酶处理木素的反应机理进行了探索。检测结果表明，木素热塑过程中的VOCs主要成分是木素降解的小分子酚类物质;漆酶处理木素减少木素热塑过程中VOCs挥发量的作用方式为:在漆酶的催化作用下，木素及游离小分子酚类物质中的酚羟基被氧化，生成酚氧自由基，自由基之间再相互聚合使得木素中游离的小分子酚类物质含量减少，从而在木素热塑过程中不易挥发;同时，在漆酶的作用下木素大分子的侧链也发生了氧化反应，苯环侧链上也接枝了更多的其它碳链物质，对其它一些小分子挥发性物质也同样起到了抑制其挥发的作用。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 概述

1．2 挥发性有机物(VOCs)介绍

1．2．1 挥发性有机物(VOCs)定义及危害

1．2．2 挥发性有机物(VOCs)的检测方法

1．2．3 挥发性有机物(VOCs)的处理方法

1．3 木素介绍

1．3．1 木素热塑过程中挥发性有机物(VOCs)的产生

1．3．2 木素的应用

1．3．3 木素结构分析与检测方法

1．4 造纸领域常用生物酶及应用

1．4．1 造纸领域常用生物酶介绍

1．4．2 造纸领域生物酶的应用

1．5 漆酶的特性及其在造纸业的应用

1．5．1 漆酶概述

1．5．2 漆酶的催化反应机理

1．5．3 漆酶在制浆造纸工业中的应用

1．6 研究内容与研究意义

1．6．1 本课题的研究内容

1．6．2 本课题的研究意义

2 材料与方法

2．1 实验原料与实验设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验药品

2．1．3 实验仪器与设备

2．2 实验方法

2．2．1 硫酸盐法制浆黑液的制备及性能分析

2．2．2 黑液VOCs固相微萃取(SPME)检测

2．2．3 木素提取及漆酶处理

2．2．4 木素VOCs顶空气相色谱(HS-GC)检测

2．2．5 木素热塑性能分析

2．2．6 木素反应滤液紫外分光光度计检测

2．2．7 木素反应滤液气相色谱质谱连用(GC-MS)分析

2．2．8 木素纯化

2．2．9 木素乙酰化处理

2．2．10 木素核磁共振(13C-NMR)分析

2．2．11 木素凝胶渗透(GPC)分析

2．2．12 木素傅立叶红外光谱(FTIR)分析

3 结果与讨论

3．1 黑液性能分析

3．1．1 黑液残碱及固含量分析

3．1．2 黑液挥发性有机物(VOCs)检测

3．2 漆酶处理前后木素热塑过程中VOCs挥发量的变化

3．2．1 顶空气相色谱(HS-GC)分析

3．2．2 热重(TGA)分析

3．3 漆酶用量对木素处理效果的影响

3．3．1 紫外可见分光光度法检测

3．3．2 木素热重分析

3．4 漆酶处理木素反应机理的研究

3．4．1 木素反应滤液中酚类物质检测

3．4．2 木素分子量检测

3．4．3 木素结构13C-NMR磁谱分析

3．4．4 木素结构FTIR分析

4 结论

4．1 主要结论

4．1．1 黑液中VOCs的主要成分及相对含量

4．1．2 漆酶处理木素对其热塑过程中VOCs挥发量的抑制效果

4．1．3 漆酶用量对处理效果的影响

4．1．4 木素反应后滤液中主要酚类物质种类及漆酶处理后含量的变化

4．1．5 漆酶处理对木素分子量的影响

4．1．6 漆酶处理对木素结构的影响

4．1．7 漆酶处理对木素机理的总结

4．2 创新之处

5 展望

参考文献

7 攻读硕士期间发表论文情况

致谢