植物纤维资源是一种可持续发展的生物质资源,发展植物纤维资源将其利用于生产生活的各个方面已成为研究者们竞相研究的课题。适当的预处理是实现植物纤维资源高效利用的关键之一,闪爆处理作为一种新型的物理-化学相结合的植物纤维预处理技术,具有高效、环保、无污染等特点,成为植物纤维预处理的重要手段之一。闪爆处理对不同植物纤维的预处理效果不尽相同,同时不同的应用领域需要的植物纤维预处理程度不一。本课题组自行研制的连续式螺杆闪爆机与间歇式闪爆处理设备在原理及作用上存在一些差异,对植物纤维的预处理作用也略有不同,因此系统的研究连续闪爆处理对典型木本及草本植物纤维的影响及作用规律具有非常重要的意义。本文利用课题组自行研制的连续式螺杆闪爆机对桉木(木本类)和龙须草(草本类)进行了多次连续闪爆处理,利用透射电子显微镜和扫描电子显微镜系统地测试分析了闪爆处理次数对不同植物纤维超微结构的影响;利用纤维分析仪分析了连续闪爆处理不同植物纤维的化学组成;利用X射线衍射技术对连续闪爆处理的不同植物纤维的结晶性能进行了探究;采用磷酸乙醇法分离闪爆处理不同次数植物纤维的木质素,研究了连续闪爆处理对木质素的分离能力、结构特征、分子量及其分布、玻璃化转变温度及热稳定性的影响。透射电子显微镜和扫描电子显微镜分析表明:随着连续闪爆处理次数的增加,桉木纤维和龙须草纤维的径向尺寸及长度尺寸均减小且桉木纤维细胞腔增大,细胞壁变薄。在连续闪爆处理过程中,两种植物纤维的超微结构层次均遭到破坏,复合胞间层逐渐被剥离,次生壁外层逐渐被破坏,同时伴随有部分次生壁中层裸露、纹孔膜及次生壁内层的破裂现象。经过四次闪爆处理的桉木纤维表面产生很多木质素含量较高的颗粒状粘性物质,使纤维粘结成团。龙须草纤维在闪爆处理过程中有结构规整性发生破坏,表面起毛及木质素的迁移聚集现象,经过三次闪爆处理之后木质素聚集程度加大,细胞壁中镶嵌着木质素含量较高的颗粒以及纤维表面有木质素颗粒的沉积。采用范氏洗涤法分析纤维的成分,结果表明经连续闪爆处理后桉木与龙须草纤维的不同分离组分发生了很大的变化。其中,随闪爆处理次数的增加,中性洗涤组分明显增多而纤维素明显减少。XRD分析发现连续闪爆处理后桉木和龙须草纤维素的晶型没有改变,但是其对它们的结晶度变化有不同的影响,桉木纤维经过连续闪爆处理后,结晶度下降,随着闪爆次数的增加先增加后减小;而龙须草纤维结晶度随着闪爆次数的增加先增加后减小。对连续闪爆处理植物纤维木质素研究表明:随着连续闪爆处理次数的增加,桉木木质素的提取率不断增加,但提取率增幅不断下降,提取率趋于稳定,龙须草木质素的提取率先增加后略有减少。连续闪爆处理对桉木木质素和龙须草木质素的芳环骨架结构影响不大。随着连续闪爆次数的增加,桉木木质素的分子量先增加后趋于稳定,玻璃化转变温度先增加后减小,热稳定性先提高后降低;而龙须草木质素的分子量经过闪爆处理一次后降低,随着闪爆次数的增加先增加后减小,其玻璃化转变温度不断增加,热稳定性不断提高。总之,连续闪爆处理是一种高效的植物纤维预处理手段,有利于细胞壁组分的高效分离,改善化学试剂渗透性,提高纤维素的可及度。可以通过调节连续闪爆处理次数来对植物纤维预处理程度进行调控。