低共熔溶剂预处理木质纤维素的研究

摘要

木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源。由于木质纤维素固有的复杂组成和结构，实现木质纤维素的综合转化首先要对其进行预处理。离子液体可以通过有效地破坏木质纤维素的空间结构来提高多糖的可接触性。然而，离子液体的高价和毒性极大地限制了它在工业上的应用。低共熔溶剂(deep eutectic solvents, DESs)，又称离子液体替代物，与离子液体有着相似的物化性质，是一种新兴的绿色溶剂。此外，它还有价格低廉、制备简单、生物可降解和生物相容性等优点，使得它在电化学、生物转化和纳米科技等领域都有广泛的应用。
　　在本论文里，首先采用混合加热法合成了一元羧酸/氯化胆碱，二元羧酸/氯化胆碱和醇/氯化胆碱等三类12种低共熔溶剂，并通过1HNMR和FT-IR对其表征，确定了其结构和组成。
　　接着，探究了低共熔溶剂对木质素和纤维素的溶解性能，发现大多数低共熔溶剂对木质素有较强的溶解能力，而对纤维素几乎不溶解。通过 SEM、FT-IR、TGA和XRD等表征手段，分析了低共熔溶剂在处理纤维素和木质素过程中对其结构、表面形貌和热稳定性的影响。发现低共熔溶剂在处理纤维素的过程中，一定程度上破坏了纤维素分子内氢键，降低了纤维素的结晶度，而且使其表面变得粗糙；在低共熔溶剂处理木质素的过程中，木质素的骨架没有发生改变，但它稳定性降低了。
　　最后，系统地讨论了三类低共熔溶剂在预处理玉米芯过程中的作用，重点考察了对提取木质素和促进酶解过程的影响，并结合SEM、FT-IR和XRD等表征技术推测了低共熔溶剂预处理玉米芯的作用可能机理。结果表明，提高低共熔溶剂中的酸量有助于提取玉米芯中的木质素，提高最初糖化速率。醇/氯化胆碱有较强的提取木质素能力，回收残渣质量多，且葡萄糖收率高，是最佳的预处理玉米芯的溶剂。预处理过程一定程度上破坏了纤维素分子内氢键，并通过切断木质素和碳水化合物之间的酯键或脱落半纤维素的乙酰基而部分移除了木质素。同时，分别考察了预处理温度和预处理时间对预处理效果的影响，得出最佳的预处理温度和预处理时间分别为90℃，24 h。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 木质纤维素的组成和结构

1.2 木质纤维素组分的溶解

1.3 木质纤维素的预处理

1.4 本研究的主要内容和意义

第二章 低共熔溶剂的合成及表征

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小节

第三章 低共熔溶剂对微晶纤维素和木质素的溶解及其结构与性质的影响

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4本章小节

第四章 低共熔溶剂对木质纤维素的预处理研究

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.3 结果与讨论

4.4本章小节

结论与展望

参考文献

硕士期间发表论文及参加会议情况

附录一 1HHMR谱图

附录二 FT-IR谱图

致谢