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(zhì)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(zhì)資源受到了越來越多的重視。木質(zhì)纖維生物質(zhì)產(chǎn)量極其豐富,年產(chǎn)量達(dá)10-50×109噸,約占全球生物質(zhì)總產(chǎn)量的50％。由于木質(zhì)纖維生物質(zhì)具有產(chǎn)量巨大、可再生性等優(yōu)點(diǎn),木質(zhì)纖維在功能材料、平臺化合物、能源等領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化利用已成為21世紀(jì)重要的研究方向。生物質(zhì)毛竹具有產(chǎn)量高、繁殖快、易于種植等特點(diǎn),在

2、全世界范圍內(nèi)分布非常廣泛,僅江西省境內(nèi)就達(dá)62.6萬hm2。因此,毛竹生物質(zhì)的煉制技術(shù)的提升對擴(kuò)大毛竹資源的轉(zhuǎn)化利用具有非常重要意義。離子液體是熔點(diǎn)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(diǎn),被認(rèn)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(zhì),對所獲得木素和富含纖維素物質(zhì)進(jìn)行物理化學(xué)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(zhì)、以及和堿提取的木素進(jìn)行比較。在相關(guān)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)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(dá)到100%。微波由內(nèi)至外的加熱方式極大促進(jìn)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(nèi)重新

4、形成氫鍵,結(jié)果是導(dǎo)致富含纖維素物質(zhì)沉淀析出。因此,富含纖維素物質(zhì)的得率與竹粉溶解率有關(guān)。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(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)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?nèi)?說明竹粉中纖維素的晶型從 I型轉(zhuǎn)變?yōu)?II型。再生的富含纖維素物質(zhì)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(zhì)中纖維素的晶型是 II型,結(jié)晶度較低。掃描電鏡(SEM)結(jié)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(zhì)的表觀形態(tài)相同,纖維結(jié)構(gòu)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(jié)果表明,離子液體提取的木素和堿提木素的結(jié)構(gòu)為GSH型,木素結(jié)構(gòu)單元間的主要聯(lián)接方式為β-O-4′結(jié)構(gòu),離子液體會導(dǎo)致木素結(jié)構(gòu)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(jié)果顯示,木素?zé)峤夥譃槿齻€階段,熱解主