草本类木素的化学结构与热化学性质

以草本类植物中的稻草和毛竹为原料,采用酶解/温和酸解法来分离草本类木素,制得酶解/温和酸解木素(EMAL).运用元素分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振定量磷谱(31P-NMR)等手段对两种EMAL的化学结构和性能进行表征,同时利用热重-傅里叶红外光谱联用(TG-FTIR)和热解-气相色谱/质谱联用(Py-GC/MS)技术研究EMAL的热裂解特性.发现:稻草的聚戊糖和抽出物含量较高,而毛竹的纤维素和木素含量较高;稻草EMAL含有丰富的愈创木基(G型)结构单元,毛竹EMAL主要以紫丁香基(S型)结构单元为主;毛竹EMAL在384℃出现一个明显的失重峰,而稻草EMAL热解时分别在270和384℃出现明显失重峰;两种木素化学结构的差异会影响EMAL的热解性质和热解产物.     

毛竹酶解/温和酸解木素的热解特性

为有效利用竹材,进行毛竹全组分和木素单组分热解行为的研究,提出单组分木素的热解规律及其对毛竹全组分热解的影响.采用热重分析法对毛竹酶解/温和酸解木素(EMAL)的热解行为进行了研究,并与丙酮抽提后毛竹全组分的热解行为进行了对比.探讨了升温速率和热解温度对毛竹EMAL热失重行为的影响.利用Coats-Redfern法描述毛竹EMAL的热解过程,建立了动力学模型并通过计算得到了热解动力学参数.研究结果表明毛竹EMAL热解反应的主要温度范围是150～600℃,其热解动力学模型可用一级反应表征,所得活化能随升温速率的增大而增加.     

粉丹竹磺化化学机械浆木素结构的31P-NMR和13C-NMR波谱分析

粉丹竹磺化化学机械浆（SCMP）的木素结构在漂白和老化过程中发生变化，使用纤维素酶酶解-弱酸水解的两步法对SCMP及其漂白浆、漂后老化浆中木素进行分离提纯，利用31P-NMR和13C-NMR波谱对木素样品中的结构及其比例进行研究。结果表明：SCMP木素样品中三种结构单元—对-羟苯基（H）、愈疮木基（G）和紫丁香基（S）的比例为G:S:H=30:42:28。在其漂白和漂白浆老化过程中，总酚羟基分别减少了30.7%和38.4%，而羧基的含量分别增加了53.2%和55.3%，木素结构中烷基芳基醚键和α-烷基醚键发生了断裂，γ-烷基醚键则比较稳定，同时木素侧链发生断裂，形成香草醛、Ar-COOH和Ar-CH2-COOR等结构。     

粉丹竹SCMP木素结构及其在漂白和老化时的变化

为了探寻化学机械浆可漂性和白度稳定性差的原因,采用核磁共振波谱分别对粉丹竹磺化化学机械浆(SCMP)及其漂白浆、漂后老化浆中的木素结构进行了分析.结果表明:SCMP中的对羟苯基型木素结构含量较高,紫丁香基结构的酚羟基主要以醚键形式存在,在木素结构中每100个苯环中有20个为缩合结构,导致粉丹竹SCMP的可漂性差;在过氧化氢漂白和漂白浆老化过程中,木素样品中总酚羟基含量分别减少了30.7%和38.4%,羧基的含量分别增加了53.2%和55.3%;木素结构中烷基芳基醚键和α-烷基醚键发生了断裂,γ-烷基醚键则比较稳定;同时木素侧链发生断裂,引入共轭COOR基团,如Ar-CHO和Ar-COOH等,从而导致漂白浆白度较低和稳定性较差.     

漆酶/介体体系改性对磨石磨木浆木素结构的影响

以磨石磨木浆为原料,对对照浆、漆酶/介体体系改性浆的木素进行分离,制得磨木木素.采用元素分析、功能基测定、FT-IR、GPC和1HNMR等分析技术探讨了漆酶/介体体系改性对纸浆中木素结构的影响.结果表明,与对照浆相比,改性浆木素发生了氧化降解反应;其中木素的甲氧基、酚羟基含量降低,而羰基含量升高;对照浆和漆酶/介体体系改性磨石磨木浆木素的C9结构单元式分别为C9H8.37O2.87(OCH3)0.98和C9H7.83O3.01(OCH3)0.90.     

溶胀煤的红外光谱及热重分析研究

煤是由多种有机高分子化合物和矿物质组成的复杂混合物,而煤结构的研究内容主要是针对煤中的有机物质化学结构的研究。煤的化学结构决定了其多种反应性,所以煤化学结构的研究一直都是煤结构研究中的重要的研究课题。而煤的溶胀方法能够提供较多关于煤的化学结构消息,用傅立叶红外光谱法,热重分析法两种手段对去灰煤样、酒精和蒸馏水洗静毗啶溶胀煤样和NMP二次溶胀煤样进行化学结构与热解性质的分析,表征煤溶胀前后结构与热解反应性质的变化情况,定性地认识煤的溶胀反应过程。采用热重和红外光谱法联用分析NMP二次溶胀煤样,依据红外光谱了解热解过程中产物。这些工作有助于对淮南地区煤化学结构和热解反应性的研究。     

中国西北地区两种镜质组结构及生烃特征

应用热解一色谱／质谱及核磁共振（NMR）研究了中国西北地区两种镜质组的化学结构。研究表明SGM基质镜质体结构中亚甲基碳所占比例较大，热解产物中正构烷烃／烯烃对所占比例较高，而MYG均质镜质体脂肪碳部分甲氧基、甲基碳所占比例较大，热解产物中以酚类、烷基苯为主。两种镜质组不同的结构决定了其不同的生烃特征。SGM基质镜质体除了生成气态烃外。还可以生成一定数量的液态烃，而MYG均质镜质体则主要以生成气态烃为主。     

EMAL的分离及其特性

介绍了一种从纤维原料和硫酸盐浆中高效分离木素的新方法——酶解后的酸处理法（Enzymatic／Acidolysis）,得到的木素称为EMAL（Enzymatic／Acidolysis Lignin）,对分离过程中酶降解及酸水解阶段的主要影响因素做了详细的阐述．EMAL木素的得率是传统的磨木木素（MWL）的2～3倍,纯度也略高于MWL．分析表明,以木材为原料的EMAL与相应的MWL相比,两者之间在结构上没有明显的差别．同时,针对非木材类纤维原料的实验结果表明,EMAL的得率远高于相应的MWL,两者纯度相当．     

玉米秸秆木素的化学结构及热解特性

采用木聚糖酶处理与缓和酸水解相结合的分离方法从玉米秸秆皮质部和玉米全秆中分离出木素，所得木素称为EAL木素．用定量核磁共振磷谱（31^P-NMR）分析了EAL木素的化学结构，并用热重分析法初步评价了分离木素的热解特性．结果表明：玉米全秆EAL木素主要由愈疮木基单元（G-unit）和对羟苯基单元（H-unit）两种结构单元组成；玉米秸秆皮质部EAL木素主要由对羟苯基单元组成；皮质部EAL木素和全秆EAL木素的失重曲线基本相同；在800．00℃时，全秆木素未被分解的部分占12．38％，而皮质部的占21．06％．     

紫茎泽兰甲酸和乙酸木素的热解

为了利用紫茎泽兰这种外来入侵杂草,采用甲酸和乙酸溶液从其茎秆中提取了甲酸木素和乙酸木素,并在不同升温速率下对木素产品进行了差示扫描量热(DSC)和热重(TG)分析。结果表明:这2种木素具有类似的玻璃化温度(Tg),且升温速率对于玻璃化温度的测定无明显影响。2种木素在氮气氛围下的非等温热解过程可分为4个阶段,其中200～450℃为主要热解阶段。进一步的热解动力学研究发现这2种木素的热解反应在主要热解阶段的低温区(200～300℃)为表观1级反应,而高温区(300～450℃)为表观2级反应。     

硅溶胶浸渍处理对毛竹光老化性能的影响

为研究硅溶胶浸渍处理对毛竹光老化性能的影响,探索利用硅溶胶改善竹材耐光老化性能的可行性,以毛竹为试验材料,采用傅里叶红外分析方法,对硅溶胶浸渍及光老化处理前后毛竹表面化学成分进行分析; 通过色差测试,研究硅溶胶浸渍处理前后毛竹加速光老化条件下的色彩稳定性; 结合扫描电镜及能谱分析,总结硅溶胶处理及光老化处理前后毛竹内部硅溶胶分布情况,并分析其对毛竹光老化性能的影响。研究结果显示:加速光老化后,毛竹在波数1 720、1 594、1 510、1 462及1 035 cm^-1等处吸收峰产生变化,说明毛竹表面的半纤维素及木质素产生了光降解; 而在浸渍硅溶胶后,光老化毛竹化学成分对应位置的吸收峰变化减少,说明硅溶胶对毛竹耐光老化性能有改善效果。色差分析结果同样显示,硅溶胶浸渍处理后毛竹的色差减小,耐光老化性能得到改善。扫描电镜及能谱分析结果显示:硅溶胶浸渍处理后,硅溶胶填充于毛竹细胞腔内,对毛竹内部化学物质起保护作用; 而老化处理后,毛竹内部硅溶胶会产生一定程度的流失。浸渍处理后硅溶胶在毛竹内部主要以物理填充方式分布于细胞腔中,起到对其内部化学物质(纤维素、半纤维素及木质素等)的保护作用,使毛竹光老化后色差减小,耐光老化性能加强。因此,利用硅溶胶改善竹材耐光老化性能具有可行性。     

稻草木质素的硫酸法提取与表征

用硫酸法提取农作物废弃物稻草中的木质素,采用质量分数72%的硫酸,以15(mg)∶1(L)的液固单位比,室温下反应2 h,得到产率9.23%的木质素.利用扫描电镜(SEM)、综合热分析、傅里叶红外光谱(FTIR)和氢核磁共振波谱(¹H-NMR)分析手段表征木质素的物理性质和化学结构,结果表明:木质素呈表面粗糙且有大量孔隙的不规则块状结构,在175~700 ℃内发生热解,分子结构中存在着大量羟基、羰基和醚键等活性官能团,属于对羟基苯基-愈创木基-紫丁香基型木质素.     

稻草木质素的生物降解

<正>发现脱提取物稻草经粉刺侧孢霉 Phanerochete chrysosporium腐朽,稻草木质素降解比云杉和桦木快,硝基苯氧化分析表明稻草木质素中缩聚单元的比例比较高,而真菌优先降解未缩合单元,但对紫丁香基丙烷单元和愈疮木基丙烷单元没有明显的选择性,分析还表明腐朽过程具有脱甲基作用。     

娄彻氏链霉菌发酵改善水稻秸秆加工性能的研究

【目的】应用正交试验,研究了娄彻氏链霉菌发酵对水稻秸秆加工性能的影响。【方法】在30℃、含水率为65%的条件下,探究了发酵时间、接种量、碳氮比3因素对水稻秸秆质量损失率,纤维素、半纤维素和木质素的降解率,以及最大压应力和黏度(加工性能)的影响,并利用SPSS 19.0软件分析了降解条件与水稻秸秆理化性能的相关性。【结果】娄彻氏链霉菌发酵条件对水稻秸秆的降解性与加工性能的影响顺序为:发酵时间碳氮比接种量;通过相关性分析可得,发酵时间与纤维素、半纤维素和木质素的降解率以及质量损失率极显著正相关,与秸秆的最大压应力和黏度显著负相关。发酵的最优条件为:碳氮比为25,接种量为0.8%,发酵时间为20 d。此时水稻秸秆的最大压应力为5.62 MPa,较原秸秆降低了10.74%;黏度为415.8 m Pa"s,较原秸秆提高了29.7%;平衡扭矩则降低了18.2%。微观结构(SEM)显示发酵后水稻秸秆表面粗糙、凹凸不平,内部结构发生了变化。【结论】娄彻氏链霉菌发酵改变了水稻秸秆的物理化学结构,改善了水稻秸秆的加工性能。     

不同竹龄毛竹材表面颜色、润湿性及化学成分分析

对不同竹龄毛竹竹材的表面颜色、润湿性及化学成分的变化进行分析。结果表明:随竹龄增加,氙灯照射后毛竹素材表面颜色逐渐变暗加深,颜色变化越来越明显。1年生竹材润湿性最好,2年生竹材润湿性较好,4个月竹材润湿性较弱,4年生竹材润湿性最弱。随竹龄增加,竹材表面半纤维素相对含量增加,木质素相对含量的差异较小;综纤维素含量在4个月至2年生之间逐渐降低,2年生时最低,2年生至10年生之间,变化较小。     

农业秸秆燃烧特性及动力学分析

选用华中地区典型的农业秸秆（麦秆、稻秆、棉秆以及林业枝条）为研究对象,在热重／差热综合热分析仪（TG-DTA）上研究它们的燃烧特性,并采用非等温积分法（Coats-Refern）分析秸秆的燃烧动力学特性．研究发现：农业秸秆易着火和燃尽,燃烧过程主要包括挥发分的析出燃烧（200-360℃）和固体焦炭的燃烧（360～500℃）．动力学分析表明：挥发分的析出较容易,所需活化能较小（〈100kJ／mol）,而固体焦炭的燃烧较难,活化能达150kJ／mol以上．对于不同的秸秆,麦秆和稻秆较易着火燃烧,而棉秆和枝条相对难以着火燃烧,这与其物质组成与化学结构的不同有关．     

中国15个主产区毛竹纤维形态比较

【目的】比较中国15个毛竹主产区毛竹纤维的形态差异,为毛竹优质造纸原料的筛选提供参考。【方法】利用Jeffery离析法制取毛竹纤维,显微观察并统计分析纤维外部形态、长度、宽度、长宽比、纤维细胞壁厚及壁腔比等形态学指标。【结果】各地区产毛竹大部分纤维形态均呈正常的两端尖中间大的纺锤体形态,但存在部分变异纤维,变异比率最高可达5.33%; 纤维平均长度均大于2 mm,平均长宽比都大于35。其中,福建武夷山产毛竹纤维平均长度最长且平均长宽比最大,分别为2.93 mm和134.78; 而广东仁化大于 2 mm长度的毛竹纤维所占比例最大,达到了97%。各产区中,毛竹纤维细胞壁厚最小的是湖南桃江(8.96 μm),最大的是广东仁化(15.56 μm)。平均壁腔比最小的为浙江龙游(1.18),最大的为江苏宜兴(2.98)。【结论】中国15 个主产区毛竹纤维在长度上均符合优质造纸原料指标,但综合纤维长度分布频率、长宽比及正常纤维比率看,福建武夷山的毛竹纤维较其他 14 个地区在造纸上更占优势。根据纤维细胞壁厚与壁腔比值,湖南桃江较其他地区在制造质地紧密、不易被撕裂的纸张上具有优势,而广东仁化与江苏宜兴则在制造质地疏松、吸水性能好的纸张上具有较大优势。