玉米秸稈半纖維素的分離提取和結(jié)構(gòu)分析及玉米芯水解殘渣活性炭的制備.pdf

1、在我國，玉米秸稈因其可再生性、含量豐富和在自然界分布廣泛在生物轉(zhuǎn)化生物乙醇、化學品和生物材料領(lǐng)域引起了越來越多的關(guān)注。眾所周知，生物質(zhì)材料主要由纖維素（40~55％）、半纖維素（25~35%）和木質(zhì)素（20~30%）組成，其中半纖維素是一組復合聚糖的總稱，包括木聚糖、葡聚糖等。本論文對玉米秸稈中的半纖維素進行了分離，并通過現(xiàn)代分析儀器離子色譜、傅里葉紅外色譜、核磁共振以及熱重分析儀等對分離的半纖維素進行了結(jié)構(gòu)分析，研究結(jié)果可為后續(xù)半纖維

2、素的轉(zhuǎn)化利用奠定理論基礎(chǔ)。
　　首先對玉米秸稈進行了組分分析，并采用熱水法對玉米秸稈半纖維素進行了提取。結(jié)果表明，纖維素是玉米秸稈的主要成分占39.08%，其次是半纖維素占29.5%，木素含量為18.9%。采用水熱法提取玉米秸稈中的半纖維素，優(yōu)化的較佳條件為170℃和50 min。此條件下酸解后的預提取液中木糖含量達最高值24.7%，而半纖維素的降解產(chǎn)物和木素含量相對較低。
　　采用了三種不同的方法對玉米秸稈中的半纖維素進行

3、了分離提取。用10%KOH抽提玉米秸稈半纖維素，不同濃度的乙醇溶液將半纖維素進行分級分離。高濃度乙醇可將分枝度高的半纖維素分離出來，低濃度的乙醇可將分枝度低的半纖維素分離出來。FTIR和核磁分析可知，玉米秸稈半纖維素主鏈為β-D-吡喃式木糖，側(cè)鏈則由L-呋喃式阿拉伯糖和4-O-甲基葡萄糖醛酸組成。
　　水和不同濃度堿溶液對玉米秸稈半纖維素進行連續(xù)抽提可分離出74%的半纖維素。熱水抽提可得到富含支鏈的半纖維素，堿抽提得到的半纖維素的

4、分枝度較低。適當增加堿溶液濃度可得到直鏈型的半纖維素。堿溶半纖維素H1.5中含有一定量的L-阿拉伯糖基和4-O-甲基-葡萄糖醛酸基側(cè)鏈。熱重分析表明水溶半纖維素的熱穩(wěn)定性高于堿溶半纖維素。對于堿溶半纖維素，適當提高堿溶液濃度能夠得到熱穩(wěn)定性較高的堿溶半纖維素。
　　以二甲基亞砜、二氧六環(huán)-三乙胺、飽和氫氧化鋇、1M KOH、1M NaOH和3M KOH溶液連續(xù)抽提已脫除木質(zhì)素的玉米秸稈，半纖維素抽提率達88.5%。二甲基亞砜和二氧

5、六環(huán)-三乙胺抽提出的半纖維素更好的保留了支鏈糖基，含有較多的支鏈結(jié)構(gòu)。無機堿溶液抽提的半纖維素為直鏈型的半纖維素。二甲基亞砜抽提的半纖維素為含有乙?；腖-阿拉伯糖基和4-O-甲基-葡萄糖醛酸基作為側(cè)鏈的聚木糖半纖維素。熱重分析表明堿溶半纖維素的熱穩(wěn)定性高于有機溶劑抽提所得半纖維素。
　　將玉米芯水解殘渣轉(zhuǎn)化為含有高能量的資源是對農(nóng)林廢棄生物質(zhì)的有效轉(zhuǎn)化利用。水熱碳化技術(shù)被用來生產(chǎn)高熱值的水熱焦炭。結(jié)果表明在水熱碳化溫度230℃，

6、保溫時間1.5 h時，水熱焦炭的熱值比玉米芯水解殘渣增加了47%。然而再延長水熱碳化保溫時間對水熱焦炭熱值的影響較小。H/C和O/C比值的降低說明水熱碳化過程中發(fā)生了脫氧和脫碳的反應。水熱焦炭的化學性能和熱穩(wěn)定性的分析由FT-IR，TG/DTG，和XRD測定，結(jié)果表明脫水和脫羧是水熱碳化過程中主要的反應。此水熱碳化過程可以在較溫和的條件下將玉米芯水解殘渣轉(zhuǎn)化為高熱值的水熱焦炭。
　　最后探討了用水熱焦炭制備高比表面積的活性炭，在較