氯化胆碱类低共熔溶剂用于木质纤维素预处理的研究进展

丰富、可再生的木质纤维素生物质在代替化石资源制备化学品和功能材料方面具有巨大的潜力,但是,木质纤维素生物质的天然抗降解性严重制约着其有效利用,需要通过预处理打破木质纤维素的天然抗降解屏障,才能更好利用木质纤维素生物质。以低共熔溶剂(DESs)为溶剂的预处理技术是新兴的生物质预处理技术,在木质纤维素预处理方面展现出良好的应用前景。笔者综述了近年来氯化胆碱(ChCl)基DESs用于生物质预处理的研究概况,讨论了ChCl基DESs的物化性质与预处理性能之间的关联性,系统总结了以羧酸、醇、氨基或者酰胺基为氢键供体的DESs在木质纤维素预处理方面的应用,重点分析了预处理温度及时间、氢键供体的结构及其与ChCl的物质的量比、固液比等因素对预处理性能的影响。此外,还讨论了ChCl基DESs与其他辅助技术结合在生物质预处理中的应用、ChCl基DESs的回收、预处理后木质纤维素各组分的再生等。最后,展望了DESs预处理技术面临的挑战及可能的发展方向。

水冲式头尾焦装置中沉淀分离水箱介绍

水冲式头尾焦处理装置中一个关键环节为水箱中焦粉沉淀的分离,在水箱中装入螺旋捞渣机可以高效率的将焦粉不定期排出,减少工人的劳动强度并能节约用水。经过技术比对分析,对沉淀水箱的应用,提高了刮板机的使用效率,提升了经济效益。

PBAT/4-三氟甲基苯甲酰氯酯化秸秆粉制备及性能

为提高秸秆粉与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)的相容性及力学性能,以4-三氟甲基苯甲酰氯(PTF-BOC)为酯化剂,4-二甲氨基吡啶(DMAP)为催化剂,三乙胺为缚酸剂制备酯化秸秆粉。利用转矩流变仪熔融共混制备PBAT和不同PTF-BOC用量秸秆粉的复合材料,采用差示扫描量热仪、旋转流变仪、微机控制电子拉伸试验机和冲击试验机测试了复合材料的热性能、流变性能和力学性能。探究了PTF-BOC用量对秸秆粉中羟基取代度的影响,并对酯化前后秸秆粉进行了傅里叶变换红外结构表征及接触角测试。结果表明,PTF-BOC与秸秆粉成功发生酯化反应,酯化后秸秆粉接触角与PBAT的接触角相近,且较未改性秸秆粉接触角提高70.4%,疏水性提高。酯化秸秆粉与PBAT呈现较好的相容性,当PTF-BOC为秸秆粉质量的55%时,PBAT/酯化秸秆粉复合材料的力学性能最佳,其拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度较PBAT/未改性秸秆粉复合材料分别提高28.8%,319%和41.8%。

超临界CO_(2)/乙醇共溶剂处理对醋酸纤维素结构的影响

为提供醋酸纤维素(CA)加工增塑的新思路,以超临界二氧化碳(ScCO_(2))/乙醇作为共溶剂体系,采用傅立叶红外光谱仪、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、热失重分析仪及核磁共振谱仪测试了不同乙醇摩尔分数下CA的结构与热性能。结果表明,ScCO_(2)完善了CA的晶体结构,结晶度由未处理时的30.41%提升至41.94%。加入乙醇(摩尔分数2%,4%,6%)后,晶体结构变差,结晶度可降低至23.12%(乙醇摩尔分数6%)。CA的热稳定性随乙醇摩尔分数的升高而变差,初始分解温度(T0)和最大热失重速率处的温度(Tmax)在乙醇摩尔分数6%时降至最低。乙醇摩尔分数的升高会减小CA中1H-13C残余偶极相互作用。乙醇摩尔分数不改变CA的化学结构,但对氢键影响显著。

碱化处理对玉米秸秆纤维素结构的影响

纤维素是玉米秸秆中的高值成分,其结构与结晶特性是衡量纤维素品质的重要指标,故该文分别采用2种常用碱:氢氧化钠和氢氧化钙对秸秆进行处理,并用FTIR法、X射线衍射(XRD)等方法考察其纤维结构与结晶程度。结果表明:碱化处理都能打破秸秆中纤维素、半纤维素和木质素间的氢键,降低木质素含量,增加半纤维素含量,但氢氧化钠碱化处理纤维素含量高于氢氧化钙处理组;去灰处理可以显著降低木质素与半纤维含量,增加纤维素的聚合度。FTIR光谱显示,纤维素结构中具有-OH基团,C-O在纤维素纤维Ⅰ和纤维素Ⅱ上有拉伸。C-O键振动显示葡萄糖残基围绕糖苷键向纤维素Ⅱ旋转的变化,4%氢氧化钠的浓度处理后玉米秸秆纤维素结晶程度可以达62.7%。

适用于高性能水基钻井液的纳米纤维素和生物聚合物研究

传统的高性能水基钻井液通常利用生物聚合物来达到提黏、悬浮固体以及控制井眼中的流体损失。为在日益苛刻的环境下扩大水基钻井液的应用范围,需采用有助于提高钻井效率、渗透率及提升水基钻井液体系在高温高压条件下的性能的新材料。其中纳米纤维素具备突出的机械、结构和热性能,在较低质量分数下增黏效果明显。以工业级牛皮纸浆为原料,以黄原胶、瓜尔胶等生物聚合物为增黏剂,在水性分散液中制备纳米纤维素CNF。通过观察流变性、分散稳定性及CNF与生物聚合物之间的协同作用可知,体系的黏度变化取决于与纳米纤维素共混的生物聚合物的类型,但与成分的质量平衡无关。在一些共混体系中,较低的生物聚合物质量分数便可增加共混体系的黏度,而其他共混体黏度却随质量分数增加而降低。基于此可将CNF与已经广泛用于水基钻井液的生物聚合物混合来达到提高体系性能目的,从而体系中可使用更少材料便可达到所需性能需求。

生物质高压液化制生物油技术的研究现状及展望

中国是当前世界上最大的石油进口国,巨大的石油进口依赖度严重影响着国内政治、经济和可持续发展。作为农业大国,中国的生物质资源保有量相当大,但目前还没有成熟的技术能够将此类生物质资源加以利用。研发生物质高压液化技术制取生物油,对缓解目前面临的能源危机意义重大。文中概述了世界有关生物质高压液化制取生物油技术开展的相关研究内容,重点分析了液化温度、生物质种类、溶剂性质、停留时间、催化剂和反应气氛等因素在生物质高压液化中的影响,并展望了未来生物质高压液化制生物油技术的发展方向。

剑麻纤维蒸汽爆破处理研究

采用蒸汽爆破处理技术处理剑麻纤维,分析阐述了蒸汽爆破处理过程及原理。通过化学分析方法及扫描电镜、红外光谱、X—射线衍射等现代分析手段分析蒸汽爆破处理前后剑麻纤维化学组分和形态结构的变化。结果表明,蒸汽爆破处理技术能够实现剑麻纤维各组分的有效分离,减少杂质成分,提高纤维素含量;同时,蒸汽爆破处理能改善剑麻纤维的形态结构,提高化学试剂的可及度,改善化学反应性能。

毛竹纳米纤维素晶体的制备及特征分析

以毛竹为原料,首先经过次氯酸钠和氢氧化钠溶液去除竹纤维中的木质素与半纤维素等成分,再通过30%硫酸溶液与超声波处理结合的方法分离出毛竹纳米纤维素晶体。通过扫描电镜(SEM)与透射扫描电镜(TEM)对分离过程中各阶段产物进行形态特征分析,研究结果表明,纳米纤维素晶体的直径在20～85 nm之间。傅里叶红外光谱(FTIR)与X射线衍射(XRD)分析显示,毛竹中的木质素以及半纤维素已基本被移去,α-纤维素以及纳米纤维素晶体的结晶度得到明显的提高。热重分析仪(TGA)分析显示各个分离阶段所得产物的热稳定性均高于原竹纤维,但纳米纤维素晶体的热稳定性较α-纤维素的略低。

椰衣纤维的蒸汽爆破处理技术

采用蒸汽爆破技术处理椰衣纤维,通过化学分析方法及扫描电镜、红外光谱等现代分析手段分析蒸汽爆破处理前后椰衣纤维化学组分和形态结构的变化,并初步探讨蒸汽爆破在椰衣纤维处理中的工艺及原理。结果表明:蒸汽爆破处理技术能够有效减少椰衣纤维中的木质素、果胶等杂质,提高纤维素含量;同时,高温高压水蒸气瞬间泄压过程可以破坏纤维素中原纤间的结合力,改善纤维的形态结构,提高化学试剂的可及度,改善纤维化学反应性能。

生物质连续炭化工艺研究

利用自制螺旋炭化机,以生物质锯末为原料,采用连续炭化的生产工艺,分别研究了锯末炭化的停留时间和炭化温度,测试了不同炭化条件获得的炭粉样品组成和形貌。结果表明,在炭化温度达到450℃,停留时间20min以上的条件下,炭粉质量可以达到国标要求(GB/T17664—1999)。通过实验研究,优化了连续螺旋炭化的工艺参数和设备结构,为工业化设计提供了依据。

纤维素/壳聚糖复合材料的制备与应用研究进展

纤维素/壳聚糖复合材料利用纤维素提高了共混材料的力学性能,同时保持了壳聚糖优良的生物相容性和抗菌性,无毒无污染。但是二者分子内和分子间含有大量的氢键,使得在水和常规有机溶剂中很难溶解,限制了复合材料的加工和应用,离子液体的出现为二者的溶解和复合提供了新的思路。综述了纤维素/壳聚糖复合材料的制备方法、制备体系及在工业吸附、生物医疗、食品包装和纺织工业领域的应用,重点介绍了离子液体在此复合材料制备过程中的应用,以为纤维素/壳聚糖复合材料的制备工艺和应用发展提供参考。

细菌纤维素乙酰化改性研究

以细菌纤维素为原料,浓硫酸为催化剂,与醋酸酐进行乙酰化反应,制得醋酸细菌纤维素(BCA),讨论了反应温度、反应时间、固液比、催化剂的用量对合成BCA的影响。结果表明:细菌纤维素的羟基被乙酰基取代。适宜的反应条件为反应温度70℃,反应时间2.5 h,细菌纤维素为1.0 g时,醋酸酐用量为20mL,催化剂浓硫酸用量为0.1 mL,BCA产率可达98%以上,取代度达2.9以上。

纤维素的活化方法对纤维素在离子液体中溶解性能的影响

采用了4种方法活化纤维素,将活化后的纤维素溶解在1-甲基-3-烯丙基氯代咪唑离子液体里。利用X射线衍射仪,傅里叶红外光谱仪(FT-IR)及扫描电镜(SEM),分析了活化后纤维素的溶解度、结晶度及表面形态的变化。研究发现各种活化方法均能提高纤维素的溶解性能,其中以18%氢氧化钠活化处理纤维素的综合效果较好。

半纤维素微波热解研究

以木聚糖为模型物，考察温度、微波功率以及微波吸收剂等因素对热解产物分布组成的影响规律。研究发现：中等温度（400-500℃）有利于生物油的生成，而更高的温度导致气体产量的增加；升高功率在较低温度（300～400℃）下有利于生物油和生物气的生成，而超过500℃后功率的影响明显减弱；生物焦收率随温度和功率总体呈下降趋势，但在温度超过500℃后趋于平稳，维持在20％左右；生物焦的加入增加了气体的生成，降低了生物油和生物焦的产出，石英砂对产物的影响不大，乙酸增加了生物质气体和生物油的产率。同时发现，生物油富含呋喃类、烃类以及糖类等裂解产物，通过推测主要产物的变化行为和转化途径，认为微波提供的富氢环境以及脱水效应导致了大量的呋喃类及糖类产物生成，而微波特有的“体加热”也强化单体开环、重整和缩聚形成芳烃。

柠檬酸改性USY催化纤维素合成乙酰丙酸乙酯

以0.2mol/L浓度的柠檬酸对超稳Y型(USY)分子筛进行脱铝改性,并对改性获得的脱铝超稳Y型分子筛(DUSY)催化纤维素合成乙酰丙酸乙酯(EL)进行试验研究。利用X线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、比表面积测试(BET)、吡啶吸附红外光谱(Py-IR)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)等对改性前后的USY进行表征。结果显示:柠檬酸改性能够丰富USY的多孔结构,增强Lewiss(L)酸位,提高催化纤维素合成EL的能力。此外,优化了DUSY催化纤维素合成EL的工艺条件,在纤维素加入量0.6 g、DUSY用量0.3 g、反应温度220℃、反应时间3 h的条件下,EL的产率达到36.1%,且DUSY可重复使用。进一步对DUSY催化不同碳水化合物合成EL进行比较,发现果糖、葡萄糖、蔗糖和菊糖转化合成的EL产率分别为50.7%、41.0%、47.9%和42.9%。

羧甲基纤维素生产中氯乙酸钠羟基乙酸钠测定方法的研究

羧甲基纤维素(CMC)生产过程中,氯乙酸钠为主要原料,羟基乙酸钠为主要副产物。利用高效液相色谱法检测CMC生产过程中醚化剂中氯乙酸钠和羟基乙酸钠含量的方法。采用Rspak KC-811色谱柱分离,在紫外440 nm检测,内标法定量,以柠檬酸为内标物。此方法操作简单、快速,结果准确可靠,对CMC生产过程中氯乙酸利用率的研究和提高提供有力保障。

一次性可降解环保餐具的研制开发

采用模压成型工艺生产出一次性可降解植物纤维餐具,并对其配料方案、压制工艺、生产成本以及诸多影响因素进行了详细讨论,结果表明植物纤维餐具具有良好的使用性能和可降解性.

超临界二氧化碳及超声预处理促进玉米芯水解制备还原糖研究

以玉米芯为原料,使用超临界二氧化碳及超声预处理后,再用稀酸水解制备还原糖。重点考察了预处理温度、原料含水量以及超声作用时间对还原糖产率的影响。结果表明,超临界二氧化碳预处理最佳条件为:100℃,原料含水量50%、30 min、15 MPa;超声预处理最佳条件为:59 kHz、90 W、20 min;采用质量分数为1%稀硫酸溶液对预处理样品进行水解,水解温度160℃、时间40 min、液固比50∶1,以评价预处理的效果,两种预处理条件下对应的最大还原糖产率分别为39.5%和38.4%,相比空白样品分别提高13.3和12.2个百分点。

挤压膨化参数对玉米秸秆纤维成分含量的影响

针对秸秆纤维制取酒精过程中纤维利用率低问题,利用小型单螺杆秸秆挤压机,采用五因素五水平正交旋转组合试验方法,研究了挤压膨化系统参数:模孔环隙B、螺杆末端至模板内表面的距离δ、套筒温度Τ、螺杆转速N和物料含水率W,对玉米秸秆纤维(纤维素、半纤维素和木质素)成分比例的影响规律,得出最优参数组合为:B=4 mm、δ=5 mm、T=120℃、N=90 r/min、W=20%,纤维成分含量为:纤维素35.11%,半纤维素31.83%,木质素6.77%。研究结果为秸秆纤维制取酒精的挤压膨化预处理工艺提供参考。