微波協(xié)助離子液體處理毛竹的研究.pdf

1、為緩解來自環(huán)境和能源的雙重壓力,世界各國都加大了對可再生資源的開發(fā)力度,尤其是生物質資源的開發(fā)和利用。作為石油、煤和其他化石資源的理想替代品,生物質資源受到了越來越多的重視。木質纖維生物質產(chǎn)量極其豐富,年產(chǎn)量達10-50×109噸,約占全球生物質總產(chǎn)量的50％。由于木質纖維生物質具有產(chǎn)量巨大、可再生性等優(yōu)點,木質纖維在功能材料、平臺化合物、能源等領域的轉化利用已成為21世紀重要的研究方向。生物質毛竹具有產(chǎn)量高、繁殖快、易于種植等特點,在

2、全世界范圍內分布非常廣泛,僅江西省境內就達62.6萬hm2。因此,毛竹生物質的煉制技術的提升對擴大毛竹資源的轉化利用具有非常重要意義。離子液體是熔點低于100℃的鹽,因其具有可回收再用、無毒、低粘性和熱穩(wěn)定性等特點,被認為是傳統(tǒng)溶劑的理想替代品。
　　本研究在微波作用下用離子液體1-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽(EmimOAc)溶解球磨毛竹竹粉,獲得木素和富含纖維素的物質,對所獲得木素和富含纖維素物質進行物理化學特性分析,并與在傳統(tǒng)加

3、熱條件下EmimOAc處理時獲得木素和富含纖維素物質、以及和堿提取的木素進行比較。在相關實驗基礎上并闡明在微波作用下毛竹在離子液體中的溶解過程。
　　在110℃油浴加熱16小時后僅有24%球磨竹粉溶解于離子液體中,而微波加熱時60分鐘后球磨竹粉溶解率達到100%。微波由內至外的加熱方式極大促進了竹粉在離子液體中的溶解。在加反溶劑再生過程中,水分子使纖維素與離子液體之間的氫鍵斷裂,同時使溶解于離子液體中的纖維素分子之間和分子之內重新

4、形成氫鍵,結果是導致富含纖維素物質沉淀析出。因此,富含纖維素物質的得率與竹粉溶解率有關。隨著微波加熱時間延長,未溶于離子液體的竹粉和富含纖維素物質中的木素含量明顯下降,在微波輻射80分鐘后,富含纖維素物質中的木素含量降至11.1%,僅為原料竹粉中木素含量的50%左右。
　　通過X射線衍射(XRD)分析竹粉在離子液體處理前后的結構變化,原料竹粉的XRD圖譜中在22.0°和18.0°出現(xiàn)纖維素的I型晶型峰,而經(jīng)離子液體處理后此兩處特征

5、峰均變弱,說明竹粉中纖維素的晶型從 I型轉變?yōu)?II型。再生的富含纖維素物質的XRD圖譜中在18.0°處的峰消失,說明再生出的富含纖維素物質中纖維素的晶型是 II型,結晶度較低。掃描電鏡(SEM)結果顯示,經(jīng)離子液體處理后,由于離子液體潤脹纖維素和脫除木素的作用,使得原料竹粉致密的表面變得松散和無規(guī)則。再生富含纖維素物質的表觀形態(tài)相同,纖維結構融合呈相對一致的膜狀。
　　通過傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)和核磁共振(NMR)分析

6、結果表明,離子液體提取的木素和堿提木素的結構為GSH型,木素結構單元間的主要聯(lián)接方式為β-O-4′結構,離子液體會導致木素結構單元之間β-β′、β-1′和β-5′聯(lián)接的斷裂。
　　SEM觀察毛竹木素的微觀形態(tài),發(fā)現(xiàn)堿提木素的外觀呈球形,而離子液體提取的木素為不規(guī)則的塊狀,顆粒較大。隨著微波加熱時間的延長,木素顆粒的外形更大。采用熱重分析法(TGA)分析了離子液體提取的木素和堿提木素的熱解特性,結果顯示,木素熱解分為三個階段,熱解主