改性纤维素的吸附性能及应用研究进展

纤维素作为天然生物基材料来源广泛,纤维素的改性及其在吸附方面的应用一直作为研究的热点。笔者介绍了纤维素基本结构,综述了纤维素化学改性方法以及改性纤维素对水体污染物吸附能力的提高。重点从改性纤维素良好的吸附性、吸附机理以及对水体中金属离子和水体中氮磷的吸附性展开叙述。提出了改性纤维素可应用于土壤当中,以期为土壤改良、作物高产提供全面的科学解释;同时改性纤维素可与肥料相结合,提高肥料利用率减缓因施肥造成的面源污染等问题。     

NaOH协同辐照预处理提高稻草纤维素酶解转化率

为降低预处理成本,提升稻草纤维素的酶解效果,采用NaOH协同⁶⁰Co-γ射线辐照处理稻草,研究其对稻草中纤维素酶解转化率的影响,利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)分析协同预处理对稻草微观结构的影响,并通过正交试验对协同预处理条件参数进行优化。结果表明,NaOH协同辐照预处理能显著提高稻草纤维素酶解转化率,优化后的预处理条件为400 kGy辐照剂量的稻草结合2%NaOH溶液,固液比1:15,50℃条件下处理4 h,按照10 FPU·g^-1加入纤维素酶溶液,于50℃、130 r·min^-1条件下气浴恒温振荡,酶解24 h后,其稻草纤维素转化率达到78.54%±1.20%。本研究结果为农业废弃物资源能源化高效利用提供了技术支撑和理论依据。     

玉米秸秆纤维素的磷酸结合碱性过氧化氢分离

传统玉米秸秆纤维素分离工艺中,一般采用硫酸等强酸进行处理,存在酸腐蚀性强及碱消耗量大等问题。基于此,研究以磷酸预处理结合碱性过氧化氢的处理工艺,探究处理过程中玉米秸秆纤维素、半纤维素及木质素质量分数的变化。通过单因素试验优化得到适宜工艺为:磷酸处理温度150℃,处理时间1. 5 h,磷酸质量分数1. 67%,氢氧化钠质量分数1. 0%,过氧化氢质量分数2. 0%,处理温度50℃,处理时间3 h,在此条件下制备的玉米秸秆纤维素得率达89. 02%,半纤维素去除率达93. 25%,木质素去除率达95. 18%,纤维素质量分数达90. 19%,同时在稀磷酸处理过程获得的滤液中能得到高副加值产物木糖、阿拉伯糖以及糠醛,半纤维素的回收率高达93. 81%。通过FTIR、SEM、AFM和XRD等测试分析发现,玉米秸秆经过磷酸处理后能有效去除半纤维素,碱性过氧化氢处理能脱除木质素组分,两步处理过程中秸秆纤维素晶型无变化,但是结晶度显著提高,热稳定性增强。     

麦麸纤维素与腐植酸复合保水剂的制备及性能

[目的]研究利用麦麸提取的纤维素与腐植酸共聚制备复合保水剂的方法及其性能,以解决现有保水剂生物难降解,成本高,污染大,再生性能差等问题。[方法]采用碱法从麦麸中提取纤维素,首次与腐植酸、丙烯酸水溶液聚合制备了复合保水剂。用扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)分别对树脂的表面形貌、热稳定性进行了表征,考查了NaOH、引发剂、交联剂、麦麸、腐植酸用量对复合保水剂吸水率的影响,并对温度、不同交联剂、再生性能进行了探讨。[结果]麦麸质量0.15g,丙烯酸20ml,交联剂(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)的质量是丙烯酸质量的0.03%,引发剂的质量是丙烯酸质量的0.8%,腐植酸0.1g,NaOH浓度80%,温度80℃时,吸水倍率最高,蒸馏水达到了989g/g,对地下水的吸水倍率达到了120.34g/g。对盐水的吸水倍率达到了62.76g/g。[结论]实验方法制备的保水剂再生性能、热稳定性良好,较文献报道的保水剂吸水效果优异,可以在实际生产和生活中推广应用。     

青贮添加剂对稻草青贮品质和有氧稳定性的影响

试验旨在探讨不同添加剂对青贮稻草品质和有氧稳定性的影响。稻草青贮时,分别添加乳酸菌(L)、乳酸菌+糖蜜(LM)、乳酸菌+纤维素酶(LC)和乳酸菌+糖蜜+纤维素酶(LMC),乳酸菌、纤维素酶和糖蜜剂量分别为5×10~5 cfu/g、0.6IU/g、20mg/g,贮存90d后开包检测。综合评定青贮稻草的青贮质量,测定常规营养成分,浸提液的pH值、氨态氮和有机酸的含量并测定稻草的有氧稳定性。试验结果:L组、LM组、LC组和LMC组的总综合评分显著高于对照组(P0.05)。LC、LMC组的酸性洗涤纤维含量显著低于对照组(P0.05),提高了剩余可溶性碳水化合物的含量。与对照组相比,各处理组均提高了乳酸的含量;LC和LMC组显著提高了乳酸的含量(P0.05)。对照组的总有机酸含量显著低于LC和LMC组(P0.05),但是和L、LM组差异不显著(P0.05)。各组的有氧稳定性和有氧损失均无显著差异(P0.05)。结果表明:添加乳酸菌,提高了乳酸的含量和综合评分;在乳酸菌的基础上,添加糖蜜或是与纤维素酶的组合,有利于提升发酵品质。     

羟丙甲纤维素对土壤水分入渗特性及水稳性团聚体的影响

通过向土壤中施加不同含量的羟丙基甲基纤维素(简称HPMC),研究了HPMC对土壤水分入渗特性及土壤水稳性团聚体的影响。结果表明:(1)土壤中施加一定量的HPMC可以显著降低土壤入渗能力,在施加量为0～1.0g/kg范围内,累积入渗量、湿润锋运移距离和入渗率均随施加HPMC含量的增加而显著减小;利用Philip方程和Kostiakov公式对实测数据进行拟合发现,两者均能较好模拟施加HPMC后土壤的入渗过程,随HPMC施加量的增加,吸渗率S、稳渗率A和经验系数K明显减小,经验指数β逐渐增大。(2)随HPMC含量的增加,0.25mm的水稳性团聚体百分比明显增大,供试土壤的分形维数逐渐减小,其平均重量直径与水稳性团聚体含量间呈显著正相关关系,表明施加HPMC之后,土壤结构更趋于稳定,土壤抗破坏和抗侵蚀能力增强。HPMC加入土壤后具有明显的减渗效果,一定程度上可以增加水稳性团聚体含量,改良土壤结构,并提高土壤的抗侵蚀能力。     

疏水改性羧甲基纤维素及其在废纸脱墨中的应用

以DMAc为溶剂,三乙胺为缚酸剂,十二酰氯为反应试剂,对羧甲基纤维素进行疏水改性,制备表面活性剂十二烷基酯化的羧甲基纤维素(CMC-R)。羧甲基纤维素与十二酰氯的质量比为1∶0.4,反应最佳温度为60℃,时间5 h。将合成的纤维素基表面活性剂CMC-R应用于旧新闻纸(ONP)脱墨,结果表明,单独使用CMC-R能提高废纸浆白度2.2%(ISO),纸浆的残余油墨量减少457.66 mm2/m2,减少了29.4%。而CMC-R与非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)复配后,白度较CMC-R单独使用提高2.13%(ISO),残余油墨量减少3.18%。     

羟丙基甲基纤维素高吸水性树脂制备与性能表征

以羟丙基甲基纤维素为骨架材料,丙烯酸为接枝共聚单体,过硫酸铵-亚硫酸氢钠为引发剂,聚乙二醇200二丙烯酸酯为交联剂,在微波辐射的条件下通过接枝聚合反应制备高吸水性树脂,并对高吸水性树脂的吸液倍率、吸液速率、保水性能以及红外光谱、热稳定性、表观形态进行表征。结果表明,羟丙基甲基纤维素与丙烯酸质量比为1/7、中和度为65%、引发剂与丙烯酸质量分数为1%、交联剂与丙烯酸质量分数为0. 4%、反应时间为4. 5 min是较优的制备方法,该条件下制备的羟丙基甲基纤维素高吸水性树脂吸水倍率可达497. 13 g/g,吸盐倍率为61. 70 g/g;35℃条件下,该高吸水性树脂可保水48 h以上;重复使用6次后,该高吸水性树脂仍具有较高的吸液倍率。     

以橘渣为原料间歇振荡法生产细菌纤维素

以筛选于腐败柑橘表面的细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)高产菌——中间葡糖酸醋杆菌CIs26为发酵菌株,以间歇振荡法为培养方式,研究橘渣预处理工艺、碳源、氮源和增效因子等营养条件对BC产量的影响。优化后的工艺条件为:橘渣与水混合比例1:6,添加0.3 g·L^-1果胶酶和0.1 g·L^-1纤维素酶,45 ℃酶解2 h。以滤液代替去离子水复配培养基,以蔗糖(70 g·L^-1)为碳源、硫酸铵(3 g·L^-1)为氮源、酵母粉(7 g·L^-1)为生长因子、乳酸(1 g·L^-1)与磷酸氢二钠(2 g·L^-1)为增效因子,在此条件下,BC产量达10.26 g·L^-1。说明橘渣经适当预处理与复配后,能够作为CIs26菌株间歇振荡法生产BC的优良培养基。     

玉米SLAF标记的开发及其在玉米果皮纤维素含量BSA分析中的应用

【目的】降低果皮纤维素是甜玉米品质改良的重要目标,然而玉米果皮纤维素含量调控的研究甚少,相关调控基因尚未定位。利用纤维素含量差异的重组自交系(RILs)群体,通过特异位点扩增片段(specific-locus amplified fragment-sequencing,SLAF)测序和分离混池分析(bulked segregant analysis,BSA)定位控制玉米果皮纤维素含量的染色体区段,鉴定调控玉米果皮纤维素含量的候选基因。【方法】以果皮纤维素含量显著差异的E327和G5-1为亲本,构建重组自交系(RILs)。对RILs群体进行果皮纤维素含量的测定,并根据纤维素含量的结果选择纤维素含量高、低的样本进行混池,用于SLAF标签的鉴定和BSA分析。在BSA分析中,首先对两混池和2个亲本DNA用HaeⅢ和Hpy166Ⅱ进行酶切,回收414—464 bp的酶切片段进行Illumina建库,并进行SLAF测序,然后根据多态性SLAF标签开发SNP标记,利用SNP标记对玉米果皮纤维素含量进行关联分析,鉴定调控甜玉米果皮纤维素含量的染色体区段。分析这些区段所包含的玉米基因,并找到它们对应的拟南芥同源基因,通过查阅拟南芥相关基因功能研究的文献,进一步鉴定控制玉米果皮纤维素含量的候选基因。【结果】两亲本和2个混池SLAF建库测序得到的SLAF符合预期,基于SLAF测序数据,鉴定了73 786个多态性SLAF标签,这些SLAF标签均匀分布在玉米的10条染色体上。在这些多态性标签中得到了523 395 SNP位点信息。通过关联分析,调控果皮纤维素变异的基因被定位到玉米基因组的6个染色区段,都位于玉米的第5染色体上。在这些区段上,一共有47个玉米基因。通过进一步的研究分析,在这些关联的染色体区段最终确定了9个候选基因。【结论】定位到调控玉米果皮纤维素的含量的基因,表明此方法可以用于基因定位。