【摘 要】
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玉米秸秆因其巨大的产量和较低的利用率已对人们的生活环境造成不可忽视的压力。但由于玉米秸秆自身复杂的结构和化学成分导致分离其纤维具有较大的阻碍。水热处理一般来说是用于对半纤维的提取,但经研究发现玉米秸秆中木素在此过程中会被部分脱除,而纤维素却在水热处理过程中相对稳定,只有少量被降解。因此通过明确该过程中木素溶出的规律,并结合半纤维素的降解,为玉米秸秆的纤维分离提供一种新的思路。为此本论文以玉米秸秆为
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玉米秸秆因其巨大的产量和较低的利用率已对人们的生活环境造成不可忽视的压力。但由于玉米秸秆自身复杂的结构和化学成分导致分离其纤维具有较大的阻碍。水热处理一般来说是用于对半纤维的提取,但经研究发现玉米秸秆中木素在此过程中会被部分脱除,而纤维素却在水热处理过程中相对稳定,只有少量被降解。因此通过明确该过程中木素溶出的规律,并结合半纤维素的降解,为玉米秸秆的纤维分离提供一种新的思路。为此本论文以玉米秸秆为研究对象,研究了水热处理对玉米秸秆组分的影响,分析了该过程玉米秸秆木素的溶出规律和结构变化并对其反应动力学进行了研究,最后推测其溶出机理。具体研究结论如下:(1)玉米秸秆经水热处理后,玉米秸秆表面颜色加深,且质地变得更加柔软,其细胞壁与胞间层上有木素溶出,并会随着水的冲击作用分散于水中。水热处理过程对纤维素影响较小,对半纤维素和木素影响较大,它们含量分别降低了12.24%,71.14%和34.84%。(2)从定量角度研究发现水热处理后木素主要以酸不溶木素和酸溶木素两种形式溶出。该处理过程木素脱除属于二级反应,并且分为快速和慢速阶段。快速阶段反应速率常数分别为:1.232×10-4(180℃),1.599×10-4(190℃)和2.516×10-4(200℃)。慢速阶段反应速率常数分别为:1.250×10-5(180℃),2.746×10-5(190℃)和3.791×10-5(200℃)。木素脱除反应的快速阶段反应活化能为63.51 KJ·mol-1,慢速阶段反应活化能为99.17 KJ·mol-1。(3)对水热处理前后玉米秸秆木素结构的分析发现,该过程会暴露出更多的紫丁香型单元结构,且紫丁香基结构和对-羟基结构较愈创木基结构更容易发生降解溶出。水热处理过程会暴露出更多的酚羟基,同时也会部分脱除木素结构中的甲氧基。在该处理过程中,半纤维素大量降解生成乙酸提供酸性环境,木素中主要连接β-O-4键易受到H+的攻击从而发生断裂,进而导致木素的降解溶出。本研究的完成,进一步解释了玉米秸秆木素在水热处理过程中溶出的规律和机理。为绿色处理玉米秸秆奠定理论基础,也为制浆造纸提供一种可能的处理方式,给予大规模利用玉米秸秆理论支撑。
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