基于負(fù)載型固體堿預(yù)處理的玉米秸稈中纖維素提取研究.pdf

1、玉米秸稈年產(chǎn)量巨大，目前全國(guó)很多地方均存在秸稈焚燒等造成污染的現(xiàn)象。這一方面影響了大氣質(zhì)量，造成PM2.5的升高，危害了人民的生活健康，另一方面也是對(duì)玉米秸稈這一生物質(zhì)資源的浪費(fèi)。玉米秸稈中含有大量的可再生資源，如木質(zhì)素、纖維素以及半纖維素。目前，國(guó)內(nèi)外已有大量研究，針對(duì)如何利用玉米秸稈，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)固廢的資源化利用。但是在玉米秸稈中，木質(zhì)素與纖維素和半纖維素等組分相互聯(lián)系復(fù)雜緊密，使得從玉米秸稈中獲取單一組分變得困難，進(jìn)而影響玉米秸稈高

2、值化轉(zhuǎn)化的發(fā)展。采用物理化學(xué)的方法確實(shí)可以破壞玉米秸稈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有利于后續(xù)工藝中對(duì)于玉米秸稈中可用組分的利用；然而這些方法大多工藝條件嚴(yán)苛，這些方法的使用同時(shí)會(huì)造成二次污染。
　　基于降低工藝能耗、減少工藝污染以及提升生物質(zhì)材料加工效率和提高產(chǎn)品質(zhì)量的考慮，依據(jù)綠色化學(xué)的理念，本文在玉米秸稈處理加工工藝的研究中，設(shè)計(jì)合成了負(fù)載型固體堿催化劑；通過(guò)研究和優(yōu)化固體催化方法，開(kāi)發(fā)了合理的玉米秸稈分級(jí)蒸煮的預(yù)處理工藝；構(gòu)建了理化性質(zhì)完備

3、的離子液體溶劑體系，以此為基礎(chǔ)研究提取預(yù)處理后玉米秸稈中的纖維素，其中主要研究成果如下：
　　（1）以介孔材料γ-Al2O3和SBA-15為載體，通過(guò)不同負(fù)載手段實(shí)現(xiàn)了MgO在載體材料上的負(fù)載，并通過(guò) X射線粉末衍射等表征手段，分析了所制備催化劑的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)。確定了負(fù)載型固體堿催化劑的最佳制備方法是負(fù)壓浸漬法，其制備過(guò)程的最優(yōu)工藝參數(shù)如下：MgO負(fù)載量為20％；煅燒溫度為500℃；煅燒時(shí)間為6h；催化劑載體選擇SBA-15介孔

4、分子篩。
　?。?）利用所制備的負(fù)載型固體堿催化劑，通過(guò)高溫蒸煮反應(yīng)，催化玉米秸稈中各組分的降解，并考察各種反應(yīng)條件對(duì)玉米秸稈預(yù)處理效果的影響。通過(guò)使用紅外光譜儀、固體超導(dǎo)核磁等大型儀器，對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的玉米秸稈進(jìn)行表征分析，研究了其理化性質(zhì)，分析了其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化；對(duì)玉米秸稈的降解產(chǎn)物進(jìn)行了檢測(cè)分析，推測(cè)玉米秸稈的內(nèi)部組分在催化過(guò)程中的可能反應(yīng)路徑。設(shè)計(jì)了玉米秸稈的分級(jí)蒸煮工藝。其中，設(shè)定一級(jí)蒸煮溫度為170℃，設(shè)定蒸煮時(shí)間為60

5、min；二級(jí)蒸煮反應(yīng)中，設(shè)定反應(yīng)溫度170℃、反應(yīng)時(shí)間300min，添加10%的負(fù)載型固體堿催化劑MgO/SBA-15。一級(jí)蒸煮后玉米秸稈中半纖維素含量大幅減少；二級(jí)蒸煮反應(yīng)中，木質(zhì)素發(fā)生了明顯的降解反應(yīng)，蒸煮后得到的玉米秸稈富含纖維素成分。
　?。?）構(gòu)建了[AMIM]Cl/DMSO和[AMIM]Cl/DMI兩種離子液體溶劑體系，研究了溫度等客觀條件對(duì)離子液體溶劑體系理化性質(zhì)的影響，以及溶劑體系對(duì)于纖維素的溶解效果。研究了80℃