機械活化甘蔗渣結構與性能的研究.pdf

1、甘蔗渣是制糖工業(yè)的主要副產品，屬于植物纖維原料中的一種，是豐富的可再生資源。甘蔗渣主要由纖維素、半纖維素和木質素三部分組成，其中纖維素在分子內和分子間氫鍵作用下，形成微晶纖維絲，半纖維素、木質素則作為微纖絲之間的填充劑和黏結劑，包裹著纖維素。由于甘蔗渣的這種結構特征，不利于反應試劑的滲透及擴散，很大程度上限制了甘蔗渣的應用范圍，加大了其利用難度。因此，需要對甘蔗渣進行適當?shù)念A處理，除去半纖維素、木質素，降低纖維素的結晶度，從而提高利用效

2、率。
　　 本文采用自制的攪拌磨對甘蔗渣進行機械活化預處理，通過掃描電子顯微鏡、X-射線衍射儀、紅外光譜儀、差示掃描量熱儀對不同活化時間的甘蔗渣進行結構表征，并研究了機械活化對甘蔗渣主要成分、水解性能及液化性能的影響。實驗結果表明：
　　 （1）在機械活化過程中甘蔗渣被逐漸細化，整齊緊密的纖維束被分散斷裂成小碎片；纖維素的結晶結構遭受破壞，X-射線衍射、紅外結晶指數(shù)及晶粒尺寸都下降，活化0、0.5、2.0 h的X-射線衍

3、射結晶指數(shù)分別為61.6、55.1、43.4％，紅外結晶指數(shù)分別為0.688、0.607、0.363，002晶面晶粒尺寸分別為2.243、2.171、1.512 nm；同時隨著活化時間增加，甘蔗渣纖維分子間和分子內氫鍵發(fā)生斷裂、自由羥基含量增多，其中部分自由羥基在機械力的作用下又會重新結合形成分子間氫鍵，與原甘蔗渣相比，活化后的氫鍵能量增加，穩(wěn)定性下降；甘蔗渣的熱穩(wěn)定性能隨著活化時間的增加也有所降低。但經過機械活化作用后甘蔗渣中纖維素和

4、木質素的含量不變，并且沒有新的基團產生，纖維素晶型未改變，都屬于纖維素Ⅰ。
　　 （2）由于機械活化破壞甘蔗渣中木質素和半纖維素對纖維素的保護作用，使內層的不定形區(qū)裸露，并且打斷了纖維素分子的氫鍵連接，降低了纖維素的結晶度，增加不定形區(qū)含量，使纖維素的反應可及度增加，因此對甘蔗渣的稀酸水解反應起到了強化作用。同時水解反應也受其它因素的影響，如硫酸濃度、反應時間等，隨著酸濃度上升及反應時間的延長，酸溶出物和還原糖得率都隨之增加。<

5、br>　　 （3）在相同的實驗條件下，原甘蔗渣液化殘渣率為41.6％，活化2.0h后下降到31.8％，表明機械活化顯著提高了甘蔗渣液化反應性能。通過紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，與原甘蔗渣相比，液化殘渣中半纖維素及纖維素的特征吸收峰消失，在1162 cm-1處出現(xiàn)了由纖維素、半纖維素與苯酚反應而得到的C-O-C吸收峰；液化產物在1229 cm-1處出現(xiàn)由木質素發(fā)生縮合反應產生的酚羥基的C-O吸收峰；液化殘渣及液化產物中苯環(huán)的特征吸收都有所增強；甘