本文關鍵詞：纖維素酶水解強化木質(zhì)素磺化反應活性的研究

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【摘要】：隨著全球能源需求量的進一步增長,化石資源將日趨衰竭。開發(fā)生物燃料等石化資源的替代品,必將發(fā)展成為人類能源發(fā)展的新趨勢。木質(zhì)素作為自然界最豐富的可再生資源之一,其氋值化利用是緩解能源危機和改善環(huán)境的重要途徑。來源于制漿造紙和生物煉制工業(yè)中的堿木質(zhì)素和酶解木質(zhì)素,年產(chǎn)量巨大,但由于其分離提取過程的不完全性,木質(zhì)素中往往還殘留著纖維素、半纖維素等聚糖的復合體,致使木質(zhì)素水溶性低、化學反應活性差。而通過磺化反應為木質(zhì)素接入-SO32-是賦予其水溶性和優(yōu)良的表面物化性能最常用的方法。因此,對工業(yè)木質(zhì)素進行酶解預處理活化,再通過磺甲基化反應向其引入-SO32-以提高木質(zhì)素的水溶性,可拓寬其應用途徑并提高其利用價值。本研究選取酶解木質(zhì)素、松木堿木質(zhì)素和麥草堿木質(zhì)素為原料,先采用不同酶載量的纖維素酶預處理去除酶解木質(zhì)素中的纖維素等聚糖,對其進行預處理活化;以磺甲基化改性制備的磺化酶解木質(zhì)素來表征其磺化反應活性,優(yōu)化得到最佳纖維素酶載量預處理的工藝,并利用該工藝預處理松木堿木質(zhì)素和麥草堿木質(zhì)素,以磺甲基化反應制備的磺化堿木質(zhì)素考察其磺化反應活性。采用頂空氣相色譜、自動電位滴定儀、流變儀、原子力顯微鏡、凝膠滲透色譜和紫外光譜等測定了預處理前后木質(zhì)素中的纖維素去除率、主要活性基團含量、結構特征、溶液流變行為及磺化木質(zhì)素的磺化度、磺化效率和分子量,以期揭示預處理脫纖維素對木質(zhì)素的磺化反應活性、木質(zhì)素濃溶液的聚集程度及木質(zhì)素的吸附性能等方面的影響,并進一步探討了磺化木質(zhì)素作為石墨分散劑和聚苯胺摻雜劑的應用性能。利用纖維素酶對酶解木質(zhì)素進行了預處理活化,結果表明,纖維素酶預處理活化酶解木質(zhì)素的最佳酶載量為20 FPU·g-1,此時纖維素去除率為28.86%,木質(zhì)素含量為87.86%。纖維素酶預處理可以提高酶解木質(zhì)素的酚羥基和羧基含量,同時減少其甲氧基含量。預處理可以提高磺化酶解木質(zhì)素的磺化效率和分子量,但對其磺化度的影響不大。流變儀測試結果表明預處理能顯著降低酶解木質(zhì)素水溶液的黏度,減弱其在水中的聚集。此外,預處理可顯著改善磺化酶解木質(zhì)素的吸附性能,同時磺化酶解木質(zhì)素作為石墨分散劑和聚苯胺摻雜劑的應用性能得到有效提高,與工業(yè)用石墨分散劑CMC-Na和常用聚苯胺摻雜劑SDBS相當。利用纖維素酶對松木堿木質(zhì)素和麥草堿木質(zhì)素進行預處理活化的結果表明,兩種堿木質(zhì)素中的纖維素含量均有效減少,松木堿木質(zhì)素和麥草堿木質(zhì)素中纖維素的去除率分別達37.71%和24.22%。松木堿木質(zhì)素的木質(zhì)素含量由64.73%提高到71.04%,而麥草堿木質(zhì)素中木質(zhì)素的含量由69.91%增加至75.49%。預處理導致堿木質(zhì)素的酚羥基、羧基含量增加,甲氧基含量減少,同時其分子量有所提高外,紫外光譜、紅外光譜和1HNMR譜圖結果表明纖維素酶預處理后堿木質(zhì)素的基本結構造成大的變化不大。且預處理對磺化堿木質(zhì)素的磺化度影響不大,卻能顯著提高磺化堿木質(zhì)素的磺化效率,松木磺化堿木質(zhì)素的磺化效率由70.08%提高至85.57%,麥草磺化堿木質(zhì)素的磺化效率由64.61%增加至81.13%。預處理可提高磺化堿木質(zhì)素的表面電荷密度并增加其對疏水材料的吸附量。纖維素酶水解預處理可明顯提高磺化堿木質(zhì)素作為聚苯胺摻雜劑的應用性能。其中采用麥草磺化堿木質(zhì)素作為摻雜劑制備的聚苯胺復合物電導率最高,是以質(zhì)子酸為摻雜劑制備的聚苯胺復合物電導率的8.2倍。本論文為工業(yè)木質(zhì)素的預處理及應用性能的提高提供理論依據(jù),同時拓展了磺化木質(zhì)素在導電材料領域的應用,為工業(yè)木質(zhì)素的高值化利用提供了一個新的方向。
【關鍵詞】：酶解木質(zhì)素 堿木質(zhì)素 磺甲基化 纖維素酶水解 聚苯胺摻雜劑
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O636.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 主要符號表13-15
• 第一章 緒論15-28
• 1.1 木質(zhì)素的概述15-19
• 1.1.1 木質(zhì)素的結構及性質(zhì)15-16
• 1.1.2 工業(yè)木質(zhì)素的種類與應用16-17
• 1.1.3 木質(zhì)素與糖類的連接方式17-19
• 1.2 工業(yè)木質(zhì)素的預處理活化方法19-22
• 1.2.1 化學法預處理19-21
• 1.2.2 物理法預處理21-22
• 1.2.3 生物法預處理22
• 1.3 聚苯胺摻雜劑的概述22-24
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容與意義24-28
• 1.4.1 本論文的研究背景與意義24-26
• 1.4.2 本論文的主要研究內(nèi)容26-27
• 1.4.3 本論文的創(chuàng)新之處27-28
• 第二章 實驗技術與測試方法28-38
• 2.1 實驗原料、試劑和儀器28-30
• 2.1.1 實驗原料與試劑28-29
• 2.1.2 實驗儀器29-30
• 2.2 工業(yè)木質(zhì)素的預處理及改性工藝30
• 2.2.1 木質(zhì)素的堿溶提純30
• 2.2.2 纖維素酶水解預處理工藝[64]30
• 2.2.3 磺甲基化改性工藝30
• 2.3 結構表征和主要官能團含量測試30-35
• 2.3.1 凝膠滲透色譜（GPC）測試30-31
• 2.3.2 流變行為的測試31
• 2.3.3 磺酸基含量的測定31
• 2.3.4 羧酸基含量的測定31-32
• 2.3.5 酚羥基含量的測定32-33
• 2.3.6 甲氧基含量的測定33
• 2.3.7 木質(zhì)素中各化學組分含量的測定33-34
• 2.3.8 紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）測試34
• 2.3.9 紅外吸收光譜（IR）測定34
• 2.3.10 核磁共振氫譜譜（1H NMR）測定34-35
• 2.3.11 元素含量分析測定35
• 2.4 表面物化性能測定技術35-36
• 2.4.1 Zeta電位的測定35
• 2.4.2 表面電荷密度測定35
• 2.4.3 吸附性能的測定35
• 2.4.4 分散穩(wěn)定性能測定35-36
• 2.5 聚苯胺的制備及性能的測試36-38
• 2.5.1 聚苯胺電導率的測定36-37
• 2.5.2 聚苯胺粒度的測定37-38
• 第三章 纖維素酶預處理強化酶解木質(zhì)素磺化反應活性38-63
• 3.1 引言38-39
• 3.2 纖維素酶預處理對酶解木質(zhì)素纖維素去除率的影響39-41
• 3.2.1 纖維素酶載量對預處理液中葡萄糖含量的影響39-40
• 3.2.2 纖維素酶載量對酶解木質(zhì)素中纖維素去除率及木質(zhì)素含量的影響40-41
• 3.3 纖維素酶載量對酶解木質(zhì)素中活性官能團含量的影響41-42
• 3.4 纖維素酶載量對酶解木質(zhì)素的分子量及元素分析結果的影響42-44
• 3.5 纖維素酶預處理對酶解木質(zhì)素在水溶液中聚集程度的影響44-49
• 3.5.1 纖維素酶載量對預處理酶解木質(zhì)素溶液表觀粘度的影響44-46
• 3.5.2 纖維素酶預處理對酶解木質(zhì)素濃溶液動態(tài)流變行為的影響46-49
• 3.6 纖維素酶預處理對酶解木質(zhì)素的結構表征的影響49-51
• 3.6.1 紫外光譜49-50
• 3.6.2 紅外光譜50-51
• 3.7 纖維素酶預處理對磺化酶解木質(zhì)素磺化度及分子量的影響51-53
• 3.8 纖維素酶預處理對磺化酶解木質(zhì)素表面物化性能的影響53-57
• 3.8.1 磺化酶解木質(zhì)素的吸附特性53-55
• 3.8.2 對石墨的分散穩(wěn)定性能55-57
• 3.9 對摻雜聚苯胺的性能的影響57-61
• 3.9.1 聚苯胺水分散液的分散性能和紫外光譜圖58-59
• 3.9.2 聚苯胺的紅外光譜59-60
• 3.9.3 聚苯胺的電導率和元素分析的影響60-61
• 3.10 本章小結61-63
• 第四章 纖維素酶法水解強化堿木質(zhì)素反應活性63-79
• 4.1 引言63
• 4.2 纖維素酶預處理對堿木質(zhì)素中木質(zhì)素及纖維素含量的影響63-64
• 4.3 對堿木質(zhì)素中主要官能團的影響64-65
• 4.4 對堿木質(zhì)素分子量的影響65-66
• 4.5 纖維素酶預處理對堿木質(zhì)素結構特征的影響66-71
• 4.5.1 紫外光譜66-68
• 4.5.2 紅外光譜68-69
• 4.5.3 ~1H-NMR譜圖69-71
• 4.6 對磺化堿木質(zhì)素的水溶性和分子量的影響71-72
• 4.7 對磺化堿木質(zhì)素的表面電荷密度的影響72
• 4.8 對磺化堿木質(zhì)素的吸附特性的影響72-74
• 4.9 對摻雜態(tài)聚苯胺的性能的影響74-78
• 4.9.1 聚苯胺水分散液的分散性能和紫外光譜圖74-76
• 4.9.2 聚苯胺的紅外光譜76
• 4.9.3 對聚苯胺的電導率和元素分析的影響76-78
• 4.10 本章小結78-79
• 結論與展望79-81
• 參考文獻81-90
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果90-92
• 致謝92-93
• 附件93

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