机械活化对甘蔗渣化学组分分离的影响
甘蔗渣是甘蔗榨取糖汁后剩余的大量纤维性残渣,是制糖工业的主要副产品。长期以来,大部分的甘蔗渣主要用作糖厂燃料直接烧掉,另外一部分用于制浆造纸、生产建筑板材等附加值较低的产品,造成了能源的浪费。天然纤维素原料是一种多组分物料,将其精制成一定纯度的各组分并分别加以利用,是生物能量全利用对天然纤维素原料预处理提出的新要求。因此,研究甘蔗渣的组分分离尤为重要。甘蔗渣主要是由纤维素、半纤维素和木质素组成,其中纤维素在分子内和分子间氢键作用下,形成微晶纤维丝,半纤维素、木质素则作为微纤丝之间的填充剂和黏结剂,包裹着纤维素,降低了其反应能力。必须对甘蔗渣进行一定的预处理,才有利于三组分的进一步分离及利用。采用自制搅拌磨对甘蔗渣进行机械活化预处理,用碱性过氧化氢与甘蔗渣反应进行组分分离。主要研究内容为:考察机械活化时间对甘蔗渣化学组分分离效果的影响;以反应后固体产物中纤维素和木质素的含量为指标,考察了机械活化时间、过氧化氢浓度、体系pH值、反应温度、反应时间、反应液固比(mL·g-1)等因素对组分分离效果的影响,并讨论各因素的影响机理,确立了甘蔗渣化学组分分离的工艺条件;采用乙醇沉淀法回收半纤维素,考察了醇沉pH值、醇沉时间、醇沉体积等因素对半纤维素回收率的影响;采用酸析法回收木质素;采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、热分析仪(TG-DTA)等对分离产物纤维素、半纤维素、木质素进行表征,考察机械活化对产物结构及性能的影响。
通过上述研究,根据实验结果和理论分析,得到如下主要结论:
机械活化打断了纤维素分子中的氢键连接,分裂了束状纤维,降低了纤维素结晶度,提高了甘蔗渣与过氧化氢的反应活性,活化1.0 h甘蔗渣纤维素回收率略有下降,但半纤维素和木质素的回收率分别提高5.5％和6.5％。甘蔗渣组分分离的适宜条件为:甘蔗渣活化时间1.0 h,过氧化氢浓度3％(pH=11.5),反应时间4.0 h,反应温度60℃,反应液固比30∶1(mL·g-1)。反应固体产物中纤维素、半纤维素、木质素的含量分别为80.9％、14.5％和1.6％,相对于未活化甘蔗渣,纤维素含量提高5.3％、半纤维素和木质素含量分别下降2.4％和2.5％;产物纤维素、半纤维素及木质素的红外光谱图均显示出相应的特征吸收,证明了各产物分别为一定纯度的纤维素、半纤维素、木质素;机械活化打破了半纤维素和木质素间的酯键、醚键连接,半纤维素纯度提高;机械活化打破了木质素的分子聚合,部分苯环开裂。
机械活化;甘蔗渣;化学组分;分离工艺
广西大学
硕士
化学工艺
黄祖强
2010
中文
TS249.2
57
2011-05-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）