桉木预水解提取半纤维素工艺条件优化及反应动力学研究
Study on the Extraction Process Optimization and Reaction Kinetics of Hemicelluloses from Eucalyptus Prehydrolyzate
半纤维素是地球上丰富的天然生物高分子聚合物,充分利用植物纤维原料中的半纤维素已成为当前生物质精炼的研究热点,其中热水预水解技术应用较多.桉木富含半纤维素,其高值化利用的研究,对我国生物质资源化与制浆造纸产业的可持续发展有着重要意义.因此,本研究在桉木制浆前对其进行预水解以提取半纤维素,分析了不同预水解条件对预水解液和桉木预水解后桉木片的相关性能的影响,在此基础上对桉木预水解分离得到的半纤维素结构进行表征,并研究了桉木预水解生成木糖水解液的反应动力学,从而为桉木与制浆造纸相结合的生物质精炼提供一定的理论依据与技术支持.采用预水解对桉木木片进行了半纤维素的预提取.以预水解液和桉木预水解后桉木片的相关性能作为衡量指标,评价了不同因素如预水解温度、保温时间、液比及预水解液的初始pH值等对桉木预水解提取半纤维素的影响,并通过P因子优化了桉木预水解提取半纤维素的工艺条件.得出如果仅考虑木糖质量浓度,桉木预水解提取半纤维素的最佳工艺条件为:预水解温度170℃,保温时间为105 min,P因子约为1144,液比1:8,初始pH为4.00.对桉木预水解分离得到的半纤维素结构进行表征,采用安捷伦1200高效液相色谱(HPLC)、热重分析仪(TGA)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、二维核磁共振(NMR)等检测方法分析所得半纤维素的结构特征.得出桉木预水解的主要成分为半纤维素,且含有典型的带有乙酰和葡萄糖醛酸基团的木糖基半纤维素.研究桉木预水解过程中聚戊糖的反应历程.即桉木预水解过程中,聚戊糖的水解可分为2个阶段:即聚戊糖大量溶出阶段和聚戊糖残余溶出阶段.建立了反应动力学方程,得到桉木半纤维素预水解过程中聚戊糖水解速率常数k1与预水解温度T的关系为:lnk1=-8734.321/T+17.88,桉木预水解生成木糖的反应活化能为72.62KJ/mol.
- 作者：
- 李丹
- 学位授予单位：
- 中国制浆造纸研究院
- 专业名称：
- 制浆造纸工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 曹春昱；文飚；苏振华
- 中图分类号：
- TQ351.36
- 关键词：
- 桉木；预水解；P因子；预水解液；半纤维素；聚戊糖；反应动力学
- Eucalyptus; pre-hydrolysis; P-factor; prehydrolyzates; hemicelluloses; pentosan; reaction kinetics;