高沸醇溶剂法提取玉米芯中木质素及其热分析动力学的研究

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随着人们对环境污染问题认识不断加强和化石类能源的日益缺乏,天然高聚物因其具备的可再生、可降解性、安全无毒等良好特性越来越受到关注。木质素是自然界中唯一可再生的芳香族天然高分子物质,对木质素的研究越来越引起人们的重视。本文以玉米芯为原料,采用高沸醇溶剂法分别以三种不同高沸醇溶剂1,4-丁二醇、乙二醇和甘油为萃取剂,以少量浓硫酸或浓盐酸为催化剂,提取玉米芯中木质素。通过单因素实验法,探究反应温度、萃取剂浓度、固液比和反应时间等因素对木质素收率的影响,进而得到提取木质素的最佳提取工艺条件。以1,4-丁二醇为萃取剂提取玉米芯中木质素的最佳条件:反应温度200℃,固液比1:10,1,4-丁二醇浓度90%,反应时间1h,少量硫酸作催化剂,木质素收率达到37.03%。以乙二醇为萃取剂提取玉米芯中木质素的最佳条件:反应温度190℃,固液比1:10,乙二醇浓度90%,反应时间1h,少量浓盐酸作催化剂,木质素收率达到36.37%。以甘油为萃取剂提取玉米芯中木质素的最佳条件:反应温度200℃,固液比1:10,甘油浓度90%,反应时间1h,少量浓盐酸作催化剂,木质素收率达到35.75%。对提取的高沸醇木质素进行元素分析、红外光谱分析、溶解性能测定等。由红外光谱分析结果表明,以1,4-丁二醇、乙二醇和甘油为萃取剂提取的高沸醇木质素能较好地保存木质素许多活性官能团,具有较大的化学活性,经过改性木质素衍生物具有广阔的应用前景。对提取的高沸醇木质素进行热分析,高沸醇木质素热裂解主要包括分子内部脱水过程、热裂解、结焦三个主要过程。高沸醇木质素热裂解析出气体产物众多而且复杂。通过析出气体红外光谱图初步分析可以得出,析出气体产物主要有水蒸气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、醛类、酮类、羧酸等物质。通过Coats-Redfem法研究高沸醇木质素热裂解动力学,求出高沸醇木质素热裂解的活化能和指前因子,得出活化能E范围为20.89kJ/mol~30.15kJ/mol,指前因子A范围为1.78~74.75min-1。
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