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植物原料的主要组分是纤维素、半纤维素和木质素,其中纤维素约占40%~55%、半纤维素约占15%~25%、木质素约占20%~30%,是自然界分布最广、含量最多、未得到充分利用的可再生资源。将三大主要组分分离并分别加以利用,是植物资源充分、完全利用的重要途径。乙酸法可以实现植物原料的组分分离,具有分离组分得率高、方法简单、溶剂易回收、可循环利用、对环境无副作用的特点。本论文在常压条件下利用乙酸法进行三倍体毛白杨主要组分的分离,研究分离条件(催化剂硫酸用量和处理时间)对主要组分得率的影响规律。研究得到:(1)乙酸法容易分离主要组分并可以获得高的得率(90%左右),浆中残余木素含量为6~8%,木素得到了较好的脱除;(2)随着硫酸用量和处理时间的增加,浆得率(主要为纤维素)、木素得率和降解糖(主要为半纤维素)含量增加,浆中残余木素的含量减小;在硫酸用量为3%(相对于绝干木材重)时,处理时间过长(4h),浆得率降低,纤维素的稀酸水解作用不容忽略;最佳分离条件是硫酸用量2.0%、处理时间3h,此时各组分得率如下:浆得率53.5%、木素得率18.22%、降解糖含量27.36%,浆中Klason木素含量6.24%(相对于浆)。
对分离得到的纤维素和半纤维素降解糖类进行了应用研究,对乙酸浆进行打浆、抄纸并测定物理强度;对乙酸浆进行氧脱木素和过氧化氢漂白,研究碱用量的影响,并测定了漂白后的乙酸浆的物理强度,通过分析得到乙酸浆在造纸应用方面具有以下特点:乙酸浆具有低的白度,主要是由于制浆过程引入了乙酰基(发色基团),导致光吸收系数增加而使纸浆白度降低;乙酸浆物理强度稍微偏低,可能是由于乙酸浆木素含量高(6%),纤维挺硬,在打浆时以纤维切断为主,另外乙酸浆(有机溶剂浆)具有一定的刚性和低的润胀能力,打浆过程中具有较高的脆性和低的结合力;在漂白时氧脱木素段需要高的碱用量才能使Kappa值有较大程度的降低,碱预处理可降低氧脱木素段的碱用量,避免纸浆粘度较大程度的降低;漂后纸浆的撕裂强度增加。
利用离子交换色谱测定分离得到的半纤维素降解糖中单糖含量,在不同条件下对分离得到的半纤维素降解糖进行水解,分析水解条件对单糖含量的影响,此外也研究了分离条件对降解糖中单糖含量的影响。利用超滤系统对降解糖的分子量分布进行了研究,并研究了分离条件对降解糖中分子量分布的影响。另外,对降解糖进行了乙醇抽提并对得到的聚糖进行了FT-IR分析。主要得到以下结果:乙酸法分离得到的降解糖中约有42%是单糖,主要有鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖和甘露糖,其中木/甘露糖的含量最大,约占单糖含量的86%:降解糖中存在溶于水的木素小分子;降解糖中主要是分子量小于1K的低聚糖和单糖,分子量大于30K的聚糖含量很少;在水解条件4%H<,2>SO<,4>(wt%相对于溶液)、121℃、水解3h时单糖的得率可以达到50%左右,水解条件更苛刻时,由于单糖的进一步降解单糖得率反而降低,其中阿拉伯糖是最易降解的;乙醇抽提得到的聚糖约为2~4%,FT-IR分析表明存在着与木素的结合。