杏壳半纤维素的结构表征与热解产物特性

【目的】研究杏壳半纤维素的结构组成、微观形貌以及其热解特性和产物生成规律,为杏壳热化学利用提供理论基础。【方法】采用碱抽提和乙醇纯化方式分离杏壳半纤维素,基于红外光谱、核磁共振、扫描电子显微镜对其结构组成和微观形貌进行表征,利用热重分析、热重红外连用分析杏壳半纤维素的热解特性。【结果】从杏壳中分离出半纤维素的得率为29.44%,红外光谱特征吸收峰主要集中在1 620～600 cm^-1范围内,半纤维素成分以吡喃环结构的木糖为主。核磁共振图谱表明,杏壳半纤维素是以β-D-吡喃木糖形成的木聚糖为主链,在木糖基的C-2位连接4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸,C-3位连有α-L-呋喃阿拉伯糖。扫描电子显微镜分析显示,半纤维素存在团聚现象,微观形态呈堆砌状的近似球形结构,半纤维素结构有一定的破坏。杏壳半纤维素的主要热解温度范围为210～380℃,在240℃出现一个肩状峰,在308℃出现最大失重尖峰,失重过程在600℃左右结束,800℃时热解残炭量为25.33%。杏壳半纤维素热解时各产物析出量在310℃时达到最高,小分子气体产物主要有CO_2、CO、CH_4,且CO_2和CO量远高于CH_4。【结论】杏壳半纤维素得率为29.44%,是以β-D-吡喃木糖形成的木聚糖为主链,呈堆砌状的近似球形结构,热解产物以CO_2、CO及乙酸、糠醛、丙酮等为主。     

从稻壳中提取木聚糖的研究

以稻壳为原料,采用制备综纤维素再碱提取的方法,分析了不同碱溶液浓度、温度、固液比和时间对稻壳半纤维素中多戊糖得率的影响.实验结果表明,稻壳中多戊糖含量为19.9%,是较好的木聚糖资源.碱提取稻壳中木聚糖的方法为预处理80℃水浸泡3 h;碱提取条件碱质量分数10%,固液比(gmL)l10,提取时间3 h,提取温度80℃.木聚糖提取率达原料中木聚糖总量的67.50%以上.     

松材线虫罹病木化学成分分析

通过对南京地区黑松、马尾松健康株和松材线虫罹病株的综纤维素、酸不溶木质素、苯醇抽出物、乙醚抽出物、1%NaOH抽出物等含量的测定,罹病木的纤维素、半纤维素和木质素几乎不被破坏,而苯醇和乙醚抽出物含量明显下降。因此,处理后的罹病木可以用作造纸、纤维板和刨花板的原料。     

玉米芯蒸汽爆破处理的研究及响应曲面法优化

通过响应曲面法,研究了不同汽爆压力和维压时间对玉米芯半纤维素、纤维素和木质素降解率的影响,建立了降解率对汽爆压力和维压时间的3个模型方程。借助模型方程及SAS9.0统计软件,得到纤维素基本不降解的区域:汽爆压力1.946MPa,维压时间155.7 s;并找到了在该范围内,半纤维素具有最大降解率的工艺条件:汽爆压力1.6MPa,维压时间113 s。该工艺条件下,半纤维素降解率达44.8%,总糖产率42.3%,还原糖产率9.5%,木聚糖产率39.4%,木聚糖平均聚合度4.5,单糖总产率1.9%(主要为木糖),木质素降解率18.7%,所得实验结果与模型预测非常吻合,表明所建模型合理有效。     

四种算法用于近红外测定制浆材材性的对比研究

采集了常见制浆材(桉木、相思木及杨木)样品的近红外光谱,测定了样品的基本密度、综纤维素、木质素和苯醇抽出物含量,用人为控制水分的方法测定了样品的水分含量。对原始光谱进行预处理后,分别运用偏最小二乘法(PLS)、LASSO算法、支持向量机法(SVR)和人工神经网络法(BP-ANN)建立基本密度、水分含量、综纤维素、木质素和苯醇抽出物含量的预测模型。对预测模型进行独立验证,结果显示:LASSO算法建立的基本密度和综纤维素模型性能最优,其预测均方根误差(RMSEP)分别为0.006 3 g/cm~3和0.49%,绝对偏差(AD)范围分别为-0.008 8~0.009 6 g/cm~3和-0.85%~0.87%;PLS建立的水分含量模型及苯醇抽出物模型最优,RMSEP值分别为1.21%和0.24%,AD范围分别为-1.99%~2.03%和-0.35%~0.38%;SVR建立的木质素模型最优,RMSEP值为0.43%,AD范围为-0.76%~0.74%,均满足制浆造纸工业中对误差的要求。     

楸树不同无性系木材部分材性径向变异研究

分析楸树的品质性状遗传变化规律,选出优良无性系,为楸木人工林种质资源选育和工业化应用提供理论依据.测定了 6个不同无性系楸木的化学成分、密度和纤维形态特征,并对不同无性系的部分木材性质进行了比较.结果表明,洛楸5号苯醇提取物含量最少,综纤维素、半纤维素和α-纤维素含量最多,纤维宽度最宽;洛楸1号木质素含量最少;洛楸3号...     

高地钩叶藤材化学成分含量分析

为构建棕榈藤材材性数据库,提升棕榈藤材高附加值加工利用水平,文章以高地钩叶藤为研究对象,对其主要化学成分含量进行测定和分析。结果表明,高地钩叶藤材综纤维素、酸不溶木质素、α-纤维素、半纤维素、苯-醇抽提物、热水抽提物、冷水抽提物、1%NaOH抽提物及灰分含量的均值分别为67.98%、16.72%、43.91%、24.38%、9.78%、18.85%、15.02%、38.60%和1.46%。径向上,综纤维素、α-纤维素、酸不溶木质素及灰分含量均为藤皮>藤中>藤芯;而半纤维素、冷水抽提物、热水抽提物、苯-醇抽提物及1%NaOH抽提物含量均为藤芯>藤中>藤皮。轴向上,综纤维素、α-纤维素、酸不溶木质素及灰分含量最大值均在中部,而半纤维素及4种抽提物含量最大值均在梢部。酸不溶木质素和α-纤维素含量最小值在梢部,综纤维素、半纤维素及灰分含量最小值在基部,冷水抽提物、苯-醇抽提物及1%NaOH抽提物含量最小值均出现在基部以上2 m处,而热水抽提物含量最小值在中部。     

我国栓皮栎和麻栎木材的主要化学组成分析

选取不同树干高度的栓皮栎和麻栎木材,分别测定树皮、边材和心材的苯醇抽出物、综纤维素(α-纤纤维素和半纤维素)、木质素(酸不溶和酸溶木质素)、灰分、pH值和缓冲容量,为软木及栎木人造板的生产加工利用提供科学依据。栓皮栎软木生产工艺应关注树皮苯醇抽出物含量、灰分、pH值及缓冲容量;用于人造板加工,则需考虑树种及心边材纤维素、木质素和pH值。     

从稻壳中提取木聚糖的研究

以稻壳为原料，采用制备综纤维素再碱提取的方法，分析了不同碱溶液浓度、温度、固液比和时间对稻壳半纤维素中多戊糖得率的影响。实验结果表明，稻壳中多戊糖含量为19.9％，是较好的木聚糖资源。碱提取稻壳中木聚糖的方法为：预处理：80℃水浸泡3h：碱提取条件：碱质量分数10％，固液比（g：mL）1：10，提取时间3h，提取温度80℃。木聚糖提取率达原料中木聚糖总量的67．50％以上。     

三聚氰胺—甲醛与木材的交联作用

为了研究木材压密化处理过程中交联试剂与木材的作用机理，以大青杨木材为试样，分离制得综纤维素、纤维素、α－纤维素、木质素和半纤维素，并分别与三聚氰胺－甲醛反应，测定了不同化学组分与交联剂作用的活性顺序及其分布。结果表明：三聚氰胺－甲醛与大青杨木材细胞壁组分的反应活性顺序为：木质素＞半纤维素＞综纤维素＞α－纤维素＞纤维素。还采用红外光谱（ＩＲ）对交联作用前后的综纤维素、纤维素和木质素的化学结构变化进行了分析，从而定性确定了交联化处理木材的主要官能团变化。关键词     

木质纤维成分的乙酸分离方法及表征

研究了一种用含有少量硫酸的乙酸溶液分离杨木成分的方法。考察了反应时间、乙酸浓度、液比和催化剂浓度对木材成分分离的影响。对分离出的木材三种成分进行了表征。结果表明,分离杨木成分的较佳条件为:硫酸浓度0.3%,液比6,反应时间3h和乙酸浓度90%。残渣的主要成分是α-纤维素和半纤维素。水不溶沉淀物(乙酰化木质素)的重均分子量分布在341到253之间,分散性系数分布在1.1到1.2这一窄范围内。糖分析结果表明,可溶性成分主要来源于半纤维素,以单糖形式存在。     

黑木相思木材化学性质株内变异研究

研究我国黑木相思木材化学性质的株内变异规律,为其加工利用提供基础数据。对广东韶关产28 a黑木相思木材进行化学组成测定,其综纤维素(α纤维素、半纤维素)、酸不溶木质素和抽出物(冷水、热水、1%氢氧化钠、苯醇)的含量在株内纵向上的变异规律不明显;相较于边材,心材的综纤维素含量略低,酸不溶木质素含量略高,抽出物含量更高,pH值更低。实际加工利用中需考虑其心材和边材比例对原料化学组成的影响。     

桉木RDH蒸煮过程中木质素与碳水化合物的溶出规律研究

对桉木常规硫酸盐(KP)法和快速置换加热(RDH)硫酸盐法蒸煮过程中，木质素与碳水化合物中各单糖组分(葡萄糖、木糖、甘露糖和阿拉伯糖)的溶出规律进行了研究，分析了常规KP浆和RDH浆在纤维素结晶度和α-纤维素含量上的差异。与常规KP法蒸煮相比，在RDH蒸煮的初期，木质素和碳水化合物各单糖组分就大量溶出，蒸煮时没有表现出明显的初始脱木质素阶段。蒸煮结束后，RDH浆比常规KP浆具有相对较高的葡萄糖(纤维素)含量和相对较低的木糖、阿拉伯糖和甘露糖(半纤维素)含量。RDH纸浆的α-纤维素含量相对较高，但纸浆的纤维素结晶度与常规KP浆相比并没有明显的不同。     

黄藤藤材的化学组成特性

黄藤的藤芯和藤皮组分有明显不同.与藤皮相比,藤芯的各种抽提物含量、聚戊糖含量、酸度、酸碱缓冲容量更大,综纤维素含量、木素含量、灰分含量和pH值等更小,阿拉伯糖和木糖等五碳糖的含量更低,而甘露糖、半乳糖和葡萄糖等六碳糖的含量更高,糖类组分的绝对含量更低.这说明藤芯含有更多的吸湿性基团、半纤维素和酸性物质等,含有更少的纤维素、木质素和灰分等.自藤茎基部向上,抽提物含量减少,酸度减小,聚戊糖含量增多,综纤维素含量、木素含量和灰分含量呈增多趋势但变化不大.与一般木、竹、藤材相比,黄藤藤材含抽提物较多,纤维素较少,酸度较大,酸碱冲容量较大;半纤维素以聚木糖为主.这些化学组成特征对黄藤藤材在制浆造纸等方面的应用是不利的.     

杞柳的化学成分及其木质素微区分布的研究

采用传统的化学成分测试方法和激光扫描共聚焦显微镜技术(CLSM)研究了杞柳的化学成分以及木质素在各细胞及纤维细胞各微区的分布,分析了株高不同部位化学成分的变异规律。结果表明:杞柳的1%Na OH抽提物、热水抽提物、冷水抽提物、苯醇抽提物、综纤维素、α-纤维素、酸不溶木质素、酸溶木质素、多戊糖和灰分分别为32.11%、10.85%、7.11%、3.27%、70.46%、35.50%、20.18%、4.50%、15.51%、0.90%;在不同部位,除了α-纤维素和多戊糖含量差异不显著,其余各指标均差异显著;木质素在各细胞及纤维细胞各微区分布不均一,导管细胞壁木质素浓度高于木纤维和射线,纤维细胞角隅处木质素浓度高于次生壁和复合胞间层。     

慈竹纳米纤维素的制备及特征分析

以慈竹为原料,先经过抽提处理除去抽提物,再经次氯酸钠和氢氧化钠溶液处理,除去其中的木质素与半纤维素而得到α-纤维素,将得到的α-纤维素通过33%(wt.)硫酸溶液与超声波处理相结合的方式分离出慈竹纳米纤维素。通过扫描电镜(SEM)与透射扫描电镜(TEM)对纳米纤维素的形态特征进行了分析,结果表明纳米纤维素径级范围约10～25 nm。傅里叶红外光谱(FTIR)分析显示慈竹中木质素以及半纤维素已被完全分离,α-纤维素与纳米纤维素化学成分基本一致;热重分析(TGA)显示分离出慈竹纤维中的半纤维素与木质素后,α-纤维素与纳米纤维素热稳定性明显提高,但纳米纤维素的热解温度略低于α-纤维素;X射线衍射(XRD)分析表明在各个分离阶段所得产物中,α-纤维素以及纳米纤维素晶体的结晶度得到较大提高,且均呈现出典型的纤维素Ⅰ结构。     

植物细胞壁中甘露糖单元与木质素间化学键连接的研究

从甘露糖单元的角度分析半纤维素中糖单元与木质素苯丙烷结构单元之间的连接方式,从而阐明裸子植物中木质素-碳水化合物复合体(LCC)的木质素与半纤维素之间的相互关系。为了使生长中的植物细胞壁甘露糖单元上的碳原子被13C同位素示踪并抑制甘露糖向木质素转化,将带D-13C6-甘露糖、外源性木质素前驱物松伯醇-β-D-葡萄糖苷以及苯丙氨酸解氨酶的抑制剂AOPP一起投入到银杏(Ginkgo biloba L.)植株中。结果表明,新生木质部的LCC中甘露糖单元被13C同位素标记,而且对银杏的正常代谢没有明显的影响。从带13C标记的新生木质部组织提取LCC,并用纤维素酶和半纤维素酶酶解LCC得酶解LCC(EDLCC)。用FT-IR及13C NMR分析LCC和EDLCC,结果证明半纤维素中的甘露糖C-6位与木质素侧链的α-C以苯甲醚键方式连接。     

近红外光谱法快速测定速生桉木化学成分含量

用常规方法测定了104个速生桉木样品的综纤维素、聚戊糖、酸不溶木素及苯醇抽出物含量并采集了样品的近红外光谱。对原始光谱进行多元散射校正后,运用偏最小二乘法和交互验证的方法,确定最佳主成分数并建立样品相关化学成分含量的校正模型。独立验证中综纤维素、聚戊糖、酸不溶木素和苯醇抽出物模型的决定系数 Rval2分别为0.9067、0.9033、0.9504、0.9570;预测均方根误差(RMSEP)分别为0.33%、0.50%、0.31%、0.17%;相对分析误差(RPD)值分别为3.22、3.20、4.43、4.73;绝对偏差(AD)分别为?0.53%~0.60%、?0.95%~0.77%、?0.55%~0.52%、?0.22%~0.29%,4个校正模型较好地预测了验证集样品的化学成分含量,基本满足制浆造纸工业中快速测定速生桉木原料的需求。     

用作燃料乙醇原料的刺槐无性系木质纤维素成分研究

为了筛选出较适合生产燃料乙醇的刺槐无性系,选取8044、8048(豫刺1号)、83002(豫刺7号)、84023(豫刺8号)、速生刺槐(无性系3-Ⅰ)、四倍体刺槐、匈牙利大叶刺槐和普通刺槐8个无性系或品种作为研究对象,采用范式洗涤法,测定其纤维素、半纤维素和木质素含量,并研究了不同生长时期各成分的变化规律。结果显示:大部分无性系纤维素平均含量在速生期最高,半纤维素含量在生长初期最高,木质素含量在速生期最低。且各无性系在同一生长时期,纤维素、半纤维素和木质素含量均存在显著差异。普通刺槐和84023在生长末期的综纤维素含量最高,均达到55%;其中,纤维素含量分别为34.7%和34.4%;木质素相对较低,分别为20.7%和18.8%,较适合作为生产燃料乙醇的原料。     

纤维素与半纤维素热解过程的相互影响

以微晶纤维素为纤维素模型物,以木聚糖为半纤维素模型物,采用同步热分析仪(STA)及热重和傅立叶红外光谱仪联用技术(TG-FT-IR)对微晶纤维素、木聚糖以及两种成分不同比例的混合组分进行了研究,以考察纤维素和半纤维素在热解过程中的相互影响。结果表明微晶纤维素和木聚糖均有一狭窄的快速热解温度区间,而且两者热解区间不重合。在微商热失重(DTG)峰对应温度区间微晶纤维素热解有一明显的吸热峰,吸热量为547.98 J/g,木聚糖热解则有一个比DTG峰较晚出现的小吸热峰,吸热量为45.01 J/g。木聚糖与微晶纤维素的混合组分的热解研究中发现,在DTG曲线上有两个分别由它们热解引起的失重峰,随着组分中比例的变化两个热失重峰此消彼长。微晶纤维素的热解失重峰不仅往高温区移动,而且热解速率减缓,热失重范围变宽。在DSC曲线上有两个分别由木聚糖和微晶纤维素热解所引起的吸热峰,木聚糖的吸热峰受组分中比例的变化影响较小,而微晶纤维素吸热峰随着纤维素比例的下降而明显减小。FT-IR检测到的主要有气体产物为H2O、CH4、CO2和CO。木聚糖与微晶纤维素的混合组分热解产物析出规律总体上是两者热解产物析出的叠加,与单独热解相比组分的混合有利于CH4、CO的生成,而CO2的产量则有较大幅度的下降。