生物质纤维素的分离和溶解行为研究

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生物质作为可再生资源由于其生物降解性和在某些领域可替代石油化学产品而日益引人注目。纤维素是生物质的主要组成成分,也是世界上储量最丰富的生物高聚物,同时也成为多种新聚合体和材料的潜在储备。目前,从生物质秸秆中分离纤维素仍是一个重大的挑战。本实验以小麦秸秆和甘蔗渣作为原料通过处理逐步脱除秸秆中的半纤维素及木质素,成功地分离得到纤维素。通过调节盐酸和氢氧化钠的浓度进行正交实验,得出本研究中纤维素产率最高的反应条件。本实验采用扫描电子显微镜.能量色散X射线光谱仪(SEM-EDX),红外光谱(FT-IR)及X射线衍射分析(XRD)等方法对秸秆纤维素分离过程中的局部化学及分离所得纤维素在LiOH/尿素水溶液中的溶解过程进行了详细的研究。测量结果表明整个处理过程是对秸秆的复杂结构进行破坏的一个连续的过程,其中稀酸水解脱除半纤维素是关键步骤,使得后续处理能够更容易更充分地脱除木质素。分离所得的纤维素通过预冷却一解冻过程可以直接溶解在LiOH/尿素水溶液体系中,实现了从生物质秸秆直接得到纤维素水溶液。采用扫描电子显微镜(SEM)和偏光显微镜(POM)观测纤维素溶解前后结构的变化,同样证实纤维素可以在氢氧化锂/尿素体系中很好地被分散,并且可以通过不同的组装方式形成新的集聚态结构。采用粘度法研究了4.2wt%LiOH/12wt%尿素溶剂体系中纤维素稀溶液的性质,得到该体系的M-H方程:[η]=1.695×10<-3>Mn<,η><0.914>(mL g<-1>)。并测定了体系的M<,L>和q值分别为387.5 nm<-1>和6.1nm,结果显示纤维素在该溶剂中以半柔性链的形式存在。
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