一种基于近红外光谱判别木材属种的方法

采用近红外光谱结合化学计量学的方法,对桉木和相思木及其属间6种木材的判别分类进行了研究。首先采集了尾巨桉、尾叶桉L11、尾叶桉U6、蓝桉、马占相思、厚荚相思,共计86个样本的近红外光谱图,采用偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)建立了桉木和相思木的分类模型,校正集和验证集的预测值与实际值之间的回归线基本重合,决定系数(R2)分别为0.99和0.97,模型效果较好,且对未知样本的识别正确率为100%。为了对属间的6种木材作进一步的判别,采用MSC和Savitzky-Golay平滑对4000~7500 cm-1光谱进行预处理后,结合主成分分析(PCA)建立判别模型,模型识别率和验证正确率均为100%。结果表明基于近红外光谱结合化学计量学算法可以对桉木和相思木的不同属进行快速鉴别。     

超声波辅助类芬顿预处理增强桉木酶解效果

为克服传统芬顿体系用于预处理存在的问题，构建了超声波辅助载铁沸石类芬顿(UZF)体系，并采用单因素法，确定UZF预处理桉木的较优条件，即H₂O₂用量4%、超声波功率240 W、处理时间90 min,在此条件下，桉木粉酶解产生的还原糖高达(435.12±7.69) mg/g。通过组成成分分析，以及傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征，探究了UZF预处理增强桉木酶解效率的机理，分析了UZF预处理前后桉木样品的主要成分及基团、结晶性能和表面微观结构的变化，结果表明：预处理去除了更多木质素和半纤维素，使纤维素的无定形区破坏程度加大，木粉表面孔洞变多且更为粗糙。载铁沸石具有一定的循环使用性能，在循环使用4次后，仍能达到未处理桉木粉还原糖产量的1.87倍。     

桉木热磨与高温热水协同预处理对酶解效果的影响及工艺优化

为提高桉木原料的酶解糖化效果,降低原料处理成本,采用热磨与高温热水法联合对桉木原料进行预处理,并对高温热水预处理后样品进行纤维素酶酶解糖化。通过对预处理液和酶解液中木糖和葡萄糖得率的测定,来研究预处理条件对糖得率的影响。以预处理液和酶解液中的总糖得率作为预处理工艺条件的评价指标,得到最优的预处理条件为:预处理温度180℃、保温时间40 min、固液比1∶20(g∶mL)。在此条件下,桉木热磨后原料经预处理、酶解后总木糖得率为11.78%,木糖的转化率为82.67%;总葡萄糖得率为36.33%,葡萄糖的转化率为78.90%。采用傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等分析预处理样的理化特性,结果表明:桉木原料热磨后颗粒变小,呈丝状,纤维形态和表面结构基本不变;而高温热水预处理后物料的纤维结构松散、碎化,断裂明显,改善了纤维素酶的可及度,提高了酶解效率。     

桉木纤维预处理对酚醛泡沫复合材料性能的影响

利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)及碱液和KH-550复合的方法对桉木纤维进行预处理,制备桉木纤维-酚醛泡沫复合材料。分析了预处理方法对桉木纤维分子结构、结晶性能和微观形貌的影响,以及预处理方法对桉木纤维复合泡沫机械性能、燃烧性能、隔热性能、微观形貌等性能的影响。结果表明,预处理改变了桉木纤维的微观结构,增强了纤维的结晶度,改善了桉木纤维与酚醛树脂间的界面相容性,复合泡沫的各项性能显著提高,其中弯曲和压缩强度最大提高了约45%和112%,粉化率、导热系数和泡孔孔径最多降低了80.3%,6.8%和300.0%,但预处理对阻燃性无促进作用,复合泡沫的极限氧指数最大降低了13.4%。综合分析可知,KH-550直接处理的复合泡沫各项性能较优,且纤维的质量分数应控制在5%以内。     

超声波和汽蒸预处理对桉木干燥速率的影响

对巨尾桉木材分别进行超声波、汽蒸预处理,分析预处理前后桉木干燥速率的变化。结果表明,超声波和汽蒸预处理均可加快桉木的干燥速率,且随超声波频率的增加和汽蒸处理温度的升高而明显提高;两种预处理方式中,汽蒸预处理对桉木干燥速率和干燥质量的改善效果更明显。     

胺化改性木基吸附剂的制备及其吸附性能

以桐木木片为原料,通过氢氧化钠预处理脱除木片原料的部分木质素和半纤维素,再以环氧氯丙烷为交联剂、四乙烯五胺为接枝剂对其进行改性,制备了一种胺化改性木基吸附剂(APW),用于去除模拟废水中的铅离子。扫描电镜图像显示APW的细胞壁更为疏松,组分测定和X射线衍射(XRD)分析结果表明氢氧化钠预处理脱除了桐木木片中部分木质素和半纤维素。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明APW化学结构中出现胺基官能团;元素分析结果显示APW的氮含量(3.96%)较未处理桐木木片的氮含量(0.46%)明显提高,表明桐木木片胺化改性成功。吸附试验结果表明,APW对铅离子有良好的吸附能力,在45℃、pH 6、铅离子质量浓度为140 mg/L的模拟废液中,APW的吸附量为111.35 mg/g。动力学和等温线研究结果表明,APW吸附铅离子过程满足拟二级动力学模型,遵循Langmuir等温线模型和Freundlich等温线模型。胺化改性木基吸附剂具有成本低、制备简单、易于回收的优点,可用于水体中铅离子的高效去除。本研究避免了传统生物质高值化利用的组分分离,在保持生物质原本结构条件下,...     

预冻及压缩预处理对尾巨桉干燥特性的影响

桉木在干燥过程中极易发生皱缩,使木材降等严重甚至报废,有效地解决桉木干燥皱缩问题是桉木资源高附加值实木化利用的重大难题之一。对桉木进行适度的预处理能够改变其内部细胞的微观结构,形成新的水分迁移通道。以尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)为试材,对其进行预冻、压缩及预冻-压缩预处理,然后进行常规干燥,研究预处理条件对桉木干燥速率、干燥应力应变及皱缩特性的影响。结果表明:3种预处理条件都能有效提高桉木的干燥速率,其中,预冻-压缩预处理后试件的干燥速率提高20%,幅度最大。预处理材与未处理材残余应力指标变化趋势一致,干燥后期预处理材指标值小于未处理材,残余应力小。3种预处理方式都不同程度地改变了细胞壁微观构造,破坏了皱缩发生的条件,抑制了木材的干燥皱缩。其中,预冻-压缩预处理材全干缩率最大减少15.8%,抑制木材皱缩效果最为显著。预冻-压缩预处理能够改变木材的微观结构,改善了木材的干燥特性,是一种有效抑制木材干燥皱缩的预处理技术。     

桉木三组分在高温热水预处理及酶解糖化中的规律研究

为优化桉木高温热水预处理的工艺条件,用傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等手段分析预处理渣的理化特性。结果表明,最佳的预处理条件为:预处理温度180℃,时间20 min,绝干木粉与水1∶20(g∶mL)。此条件下,预处理液中木糖、葡萄糖的转化率分别为81.93%和2.21%。桉木木粉经最优条件预处理后,大部分半纤维素被水解;纤维素的相对结晶度基本不变;碳水化合物的结构变的松散,纹孔膜破裂,纤维碎片增多,极大的提高了后续纤维素酶的可及度。对最优条件下预处理渣的进一步酶解:发现葡萄糖的转化率高达80.52%,比未经预处理直接酶解提高3.63倍。对酶解残渣的进一步分析可知,桉木原料87.12%的酸不溶木质素可在酶解残渣中得到回收,这有利于木质素的综合利用。     

超声波预处理对桉木干燥时间的影响

以巨尾桉(Eucalyptus grandis×E.urophylla)木材为试材,在功率为340 W,频率为25和59 k Hz的条件下,分别进行30、60和90 min的超声波预处理,对比分析超声波预处理对桉木干燥时间的影响。结果表明,试材的干燥速率和水分扩散系数,均随超声波频率提高、预处理时间增加而增大;尤其当含水率在纤维饱和点以上时,超声波预处理对试材干燥时间的缩短效果更明显。     

实木复合地板基材用桉木单板层积材的制备工艺

为提高桉木的利用率和产品附加值,用桉木单板和玉米改性淀粉胶压制单板层积材,并以此作为基材制备实木复合地板,探讨单板热压预处理、厚度和组坯结构等因素对实木复合地板产品性能的影响。结果表明,对厚度≤2.2mm桉木单板,经1~2 min的热压预处理(温度100~120℃,压力0.83 MPa),制备的实木复合地板尺寸稳定性良好,主要理化性能指标达到GB/T 18103-2000《实木复合地板》的要求。     

玉米秸秆蒸汽爆破降解产物的分析

采用高效液相色谱(HPLC)和气质联用(GC-MS)色谱技术对玉米秸秆蒸汽爆破降解产物进行分析.玉米秸秆经蒸汽爆破预处理后,其纤维素、半纤维素和木质素降解损失分别为9.60%、47.98%和17.55%.采用HPLC对碳水化合物降解和分解产物定量分析,100g玉米秸秆预处理后,产生甲酸2.10g、乙酸2.00g、乙酰丙酸0.10g、5-羟甲基糠醛0.08g和糠醛0.13g.采用GC-MS对木质素和提取物降解产物定性分析,共检测出14种芳香类化合物、22种脂肪酸类化合物和5种呋喃化合物.     

Enzymatic hydrolysis of wood with alkaline treatment

Pulverized samples of wood, cedar and eucalyptus were treated with 5 N NaOH solutions at 25–150 °C. Hemicellulose and lignin content in the samples decreased with increasing treatment temperatures, while the recovery of glucose was maintained at nearly 90 %. X-ray diffraction analysis showed that the content of the original cellulose I structure in the samples decreased with increasing temperature, and most of the cellulose in the sample treated at 150 °C was converted to cellulose II by mercerization. Enzymatic hydrolysis of the alkaline-treated samples was carried out at 37 °C using solutions comprising a mixture of cellulase and β-glucosidase. The samples treated at higher temperatures showed better enzymatic degradability. Treatment with an alkaline solution of lower concentration (1 N NaOH) at 150 °C was also used. Despite significant quantities of hemicellulose and lignin being removed, mercerization was not induced. The enzymatic degradability was much lower than that of the sample treated with a 5 N NaOH solution at 150 °C. Thus, treatment with concentrated alkaline solution at high temperature led to not only the removal of hemicellulose and lignin, but also to modification of the cellulose structure, which resulted in high efficiency of enzymatic saccharification of the wood samples.     

Explosion pulping of eucalyptus: a comparison with CTMP and CMP

Summary Explosion pulping results in strong pulp with breaking length at 100 ml CSF (Canadian standard freeness) higher than 6.5 kg and burst index approaching 4 KPa m²/g. The real advantage of eucalyptus explosion pulp over conventional CMP (chemical-mechanical pulp) and CTMP (chemical-thermo-mechanical pulp) is observed when the impregnation solution contains less than 2% NaOH along with 8% Na₂SO₃, and when the liquor/chips ratio equals 3. The strength of eucalyptus explosion pulp obtained by using a pretreatment solution consisting of 8% Na₂SO₃ and 1% NaOH is comparable with that of eucalyptus kraft pulp. The concentration of NaOH present in the pretreatment solution has a very important effect on the specific refining energy of eucalyptus explosion pulp as well as of CMP and CTMP. The explosion pulp obtained from eucalyptus pretreated with a solution containing an appropriate quantity of caustic along with Na₂SO₃ not only requires a minimum specific refining energy but also provides the highest strength values in comparison to that of CMP and CTMP.     

生物基极性非质子溶剂/对甲苯磺酸耦合体系中竹粉定向解聚研究

以两种生物基极性非质子溶剂γ-戊内酯（GVL）和二氢左旋葡萄糖酮（Cyrene）,分别与对甲苯磺酸水溶液（TsOH aq）构成耦合体系，对竹粉定向解聚及其酶解过程开展了研究。实验结果表明：质量浓度为75 g/L的TsOH,溶剂体积比为4∶1的GVL/TsOH aq体系在130℃预处理毛竹60 min后，半纤维素和木质素分离效率更高，半纤维素分离率（S_H）和木质素分离率（S_L）分别达到98.5%和98.4%,同时纤维素保留率（R_C）为91.5%;而质量浓度为30 g/L的TsOH,溶剂体积比为0.8∶1的Cyrene/TsOH aq体系在120℃预处理毛竹60 min后，R_C达到87.3%,S_H和S_L仅为85.5%和79.4%。预处理后固体样品的表征结果表明：竹粉经GVL/TsOH aq预处理后的样品木质纤维致密结构被有效破坏，无定形的半纤维素和木质素绝大部分被分离，结晶度达68.27%,结构更接近于微晶纤维素，同时暴露出更多的游离羟基，有利于后续酶解。而酶...     

蒸汽爆破-乙醇蒸煮两步法预处理对麦秆结构的影响

对麦秆采用先蒸汽爆破后乙醇蒸煮的两步法进行预处理,研究预处理对麦秆组分及结构变化的影响。蒸汽爆破过程实验条件选取200 g绝干麦秆,压力1.75 MPa和时间3.5 min。乙醇预处理过程选取80 g蒸汽爆破麦秆(绝干),55%乙醇,两者固液比1∶5(g∶mL),温度170℃、时间30 min。通过高效液相色谱法测定,预处理最终产物组分中半纤维素降低89%左右,木质素降低35%左右。采用红外光谱、纤维形态分布分析及SEM分析对预处理过程中麦秆结构变化情况进行研究,结果表明:蒸汽爆破过程破坏了半纤维素酯键连接且半纤维素降解非常明显,但对纤维素链结构影响和降解作用相对较低;麦秆经过蒸汽爆破预处理后,纤维平均长度明显降低,而平均宽度却显著增加;再经乙醇预处理后纤维平均长度基本保持不变,但平均宽度降低;经两步预处理后麦秆纤维的天然物理结构由紧密到蓬松,纤维束呈松散状态且纤维表面基本无碎片附着物,利于后续加工利用。     

Recycled ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate pretreatment for enhancing enzymatic saccharification of softwood without cellulose regeneration

In this work, pretreatment of wood meals using a recycled ionic liquid (IL), 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate ([Emim]Ac), enhanced glucose liberation by enzymatic saccharification, without dissolution of cellulose and lignin. In contrast, previous studies on IL pretreatment have mostly focused on lignocellulosic dissolution to regenerate cellulose and removing lignin. Softwood (Cryptomeria japonica) was pretreated with [Emim]Ac at 60–100 °C for 2–8 h without collecting regenerated cellulose. The pretreatment did not have a strong effect on wood component dissolution (weight of residues: 91.7–98.8%). The residues contained relatively high amounts of lignin (26.6–32.6%) with low adsorption of [Emim]Ac (0.9–2.7%). Meanwhile, the crystallinity index (C _r I) of cellulose in the wood was significantly reduced by pretreatment, from 50.9% to 28.4–37.1%. In spite of the high lignin contents in the residues, their glucose liberation values by enzymatic saccharification using a cellulase mixture were 3–16 times greater than that of untreated wood. A good correlation was found between the saccharification effectiveness of pretreated samples and the C _r I. Although lignin dissolved in [Emim]Ac continued to accumulate after repeated use of [Emim]Ac, the pretreatment was found to be effective for three consecutive cycles without the need to remove the dissolved materials.     

聚合氯化铝对木质纤维素MgCl2预处理液的纯化

预处理是生物质资源转化的关键步骤,其过程会使植物细胞壁的结构发生变化,从而降低生物质的顽固性并增强其中糖的有效溶解,以促进其高值化利用。预处理液成分复杂,所含木质素和多种降解产物不利于糖类的高效利用,需要对其进行分离纯化。以桉木经MgCl₂预处理的废液为对象,通过聚合氯化铝(PAC)絮凝的方法去除其中的大分子木质素,利用Zeta电位和粒径检测、高效液相色谱法、紫外光谱法等技术分析絮凝处理前后预处理液的成分变化,并对其去除机理进行深入研究。结果表明:当PAC用量为4.00%质量分数时,反应体系Zeta电位为0,此时胶体稳定性最差,可获得较大的木质素沉淀量;当预处理液的pH接近3.00时,刚好达到等电点,体系中正负电荷中和不稳定,胶体颗粒粒径最大,出现明显絮凝沉淀;随着pH的升高,PAC对木质素的去除效果仍有明显增强,综合所有因素可知,在pH为10.00、PAC用量为2.00%质量分数时,处理体系对木质素的絮凝表现出良好的选择性,木质素的选择性去除率可达86.05%。由此可知,PAC主要是通过静电和桥联双重作用改善预处理液的胶体稳定性,使预处理液中的木质素大分子优先沉淀,体现出良好的选择性,是一种非常有潜力的预处理液纯化方法,值得进一步探究和优化。     

桉木氨水浸渍预处理响应面优化提高酶解效率

采用氨水中温浸渍（SAA）方法对桉木进行预处理,以期提高其后续酶水解效率。以响应面法主要预处理条件进行优化,以期筛选出SAA预处理的最优工艺条件。结果表明：最佳预处理工艺为氨用量80％、时间11h、温度90℃,在此条件下预处理物料的后续酶解转化率可达31．7％。对预处理物料的分析表明：在SAA预处理过程中,可在不损失纤维素的前提下脱除木素51％,而且主要是紫丁香基型和愈疮木基型木素降解溶出,半纤维素主要是木聚糖也有部分降解溶出。木素及半纤维素的降解、纤维素结晶度的降低都有利于后续的酶水解。     

Storage of maitake mushroom (Grifola frondosa) culture medium after harvesting fruit bodies is an effective pretreatment for ethanol conversion

The storage of spent maitake culture medium (SMCM) under various conditions was investigated as a potential pretreatment of SMCM for increased ethanol conversion. When SMCM was stored at 25°C for 12?weeks, the glucose yield by enzymatic saccharification increased from 22 to 52%. Selective degradation of lignin and hemicellulose occurred in SMCM during storage. The optimal storage temperature of SMCM was at the active growing temperature of maitake mycelium, which is between 25 and 30°C. Storage of SMCM under anaerobic conditions did not increase the glucose yield compared to non-stored conditions. The glucose yield from the SMCM stored for 4?weeks at 25°C was increased by about 30% with either NaOH or vibrating ball milling pretreatment. After 12?weeks of storage, the glucose yield from SMCM without any other pretreatment was higher than that of non-stored SMCM with additional pretreatments. An ethanol yield of 42.1% was obtained from SMCM stored for 12?weeks by simultaneous saccharification and fermentation, which was comparable to yields after NaOH (41.3%) or vibrating ball milling (44.1%) pretreatments. Therefore, storage of SMCM is a very useful pretreatment for bioethanol production.     

新型转极性离子化合物对香樟木屑的溶解和再生性能研究

为实现生物质的溶解,同时克服传统离子液体溶解生物质的缺点,制备了新型转极性离子化合物1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)/CH3OH/CO_2(DCC)的甲醇溶液,考察了不同温度、时间和溶液浓度对香樟木屑的溶解性能和再生效果,分析了溶解前后香樟木屑中纤维素、半纤维素和木质素的溶解率及结晶度的变化,并对溶解前后的木屑进行FT-IR、XRD和SEM表征,对溶解液中再生的物质进行FT-IR和UV分析。结果表明:较高温度(≥120℃)下,香樟木屑在DCC的甲醇溶液中的溶解率随温度升高和时间延长而有所增加;DCC甲醇溶液对半纤维素和木质素的溶解能力较强,对纤维素的溶解能力较弱;2.5 mol/L的DCC甲醇溶液在溶解温度180℃,溶解时间6 h时,木屑溶解率达到48.6%,半纤维素溶解率达62.4%,木质素溶解率为55.7%,纤维素溶解率为19.6%,溶解效果与传统离子液体相当。FT-IR、XRD和SEM分析表明,DCC甲醇溶液溶解木屑时,主要溶解木屑中无定形的半纤维素、木质素和少量非晶态的纤维素。FT-IR和UV分析表明溶解液中再生的物质是木质素,其质量分数在90%以上。DCC甲醇溶液重复使用3次时,每溶解一次其溶解能力下降2~3个百分点。