不同分子量半纤维素在酸性条件下降解机理研究文献综述

 2022-02-13 06:02

全文总字数：6302字

不同分子量半纤维素在酸性条件下降解机理研究

摘要：假木质素可以广泛地定义为产生正Klason木质素值且不是天然木质素衍生的芳族物质，最近有报道称它是在稀酸预浓缩过程中形成的杨木全纤维素的治疗1。为了研究假木质素的形成化学，利用GPC，FT-IR和13C NMR表征了从稀酸预处理的a-纤维素和全纤维素中提取的假木质素。结果表明，假木质素由羰基，羧基，芳族组成。由稀酸预处理的纤维素和半纤维素产生脂族结构。在不同条件下预处理的从全纤维素中提取的假木质素具有相似的分子量（Mn〜1000 g / mol; Mw〜5000 g / mol）和结构特征（羰基，羧基，芳族和甲氧基结构）。这些表征提供了预处理过程中假木质素的形成机理2。

关键词：假木质素，纤维素，半纤维素，酸处理

前言

我国竹林面积已达480万公顷，年产竹子30亿支，南方地区已形成了竹地板，竹家具和竹木复合材料的竹材加工产业。竹加工产业每年产生的竹加工剩余物（竹屑）高达4600万吨，这些机械加工产生的竹屑主要为细小的单体竹青和竹黄成分。这些废弃物除部分被利用外，其余大量被丢弃，不仅污染环境，且造成生物质资源的浪费。近几年来，对竹材半纤维素的研究已经成为热点之一。木质纤维素含有三种主要成分:纤维素、半纤维素、木质素3。纤维素是由葡萄糖线性聚合而成,同时含有结晶结构与无定形结构[4],而半纤维素是一种无定形的具有不同支链基团的戊糖和己糖(主要是木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖和葡萄糖)聚合物。木质素是一种用于维持植物细胞壁结构完整性的天然高分子聚合物。它是木质纤维素的重要组成部分(重量占15-30%,能量占40%)[5]。木质素的作用是强化细胞壁,使其防水以及抵抗外来化学与生物方式的侵入。

全球能源需求的增长，不稳定和昂贵的石油资源以及对全球气候变化的担忧导致了可再生能源的发展，例如可补充化石燃料的纤维素乙醇Himmel等，2007； Ragauskas等，2006);但是，由于植物细胞壁对微生物和酶分解的天然抵抗力，天然木质纤维素材料生产乙醇的收率相对较低（Himmel等，2007).稀酸预处理已被证明能成功水解半纤维素并破坏木质纤维素结构，从而降低其对多种原料（包括软木，硬木，草本作物，农业残留物，废纸和城市固体废物）的沉淀率（郑等2009).稀酸预处理不会导致明显的脱木素作用。取而代之的是，一些研究发现，稀酸预处理物料的酸不溶性（Klason）木质素含量通常高于起始物料（Jung等，2010；Mao et al., 2010;平加利 et al., 2010;Sannigrahi等人，2008年).据推测，这种现象是由于多糖降解产物（例如糠醛）的再聚合和/或与木质素的聚合称为伪木质素的木质素样物质（Li等，2005，2007).Sannigrahi等。（2011年） 证明伪木质素可以从碳水化合物中产生而无明显贡献。

在稀酸预处理期间，特别是在高强度预处理条件下，从木质素中分离出木素。稀酸预处理的全纤维素的扫描电子显微镜（SEM）研究表明5，在预处理的全纤维素表面上存在球形液滴，这归因于假木质素。预处理的全纤维素的13C CP / MAS NMR分析表明，明显的峰源自羰基，芳族，甲氧基和脂族结构，并归因于伪木质素的结构。此外，这些峰的强度随着预处理强度的增加而增加，表明伴随伪木质素形成的酸催化歧化机理。

2.国内外研究概况

2.1预处理

针对目前植物多糖提取率低、纯度不高及产品性质不稳定等缺陷6，从原料预处理的角度出发，考虑改善和提高植物多糖提取率低、纯度不佳、加工性能较差等问题势在必行。预处理一方面可以降低多糖的使用成本，另一方面可以为后续的分离纯化、含量测定奠定基础，尤其是在分离和测定浓度较低的植物多糖时，预处理技术直接关系能否得到具有代表性、可比性、完整性、精确性、准确性的分析结果。植物多糖纯度的高低和结构的稳定性，不仅关系到植物多糖的营养性、安全性和可接受性，而且也对新产品、新工艺、新技术的应用与开发有较大影响，在一定程度上决定了产品的应用领域和应用范围。因此，为获得高品质、高含量的植物多糖，对相应的植物原料进行一定的预处理是非常有必要的。

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