LiCl/DMSO再生大豆秸秆纤维凝胶的制备及其性能研究

经乙二胺预处理后大豆秸秆先溶解于8%LiCl/DMSO木质纤维全溶体系,然后于乙醇中凝胶化制备多孔吸液木质纤维凝胶。研究发现:木质纤维原料脱木质素程度会影响凝胶的多孔结构、热稳定性及溶胀性能。随着脱木质素程度加强,木质纤维原料中纤维素、半纤维素和木质素之间解离程度加强,凝胶热稳定性提高,残炭量减少,可形成小孔径、高比表面积的致密多孔网络结构并影响其溶胀性能。当大豆秸秆经2 h脱木质素处理时,该秸秆原料所制备的凝胶热分解温度、残炭量、比表面积和平均孔径分别为230℃、15%、64.29 m^2/g和17.813 nm,在15℃下平衡溶胀率为2 126.79%,与未脱木质素的大豆秸秆制备的凝胶相比,热分解温度提高了30℃,残炭量降低了47.7%,比表面积增加11.02 m^2/g,平均孔径减小了2.468 nm,而平衡溶胀率降低了16.6%。

竹材在LiCl/DMSO溶剂体系中的溶解及再生性能

【目的】探索竹材在LiCl/DMSO溶剂体系中的溶解行为及再生特点,为全面解析竹材原本木质素结构信息提供一个可行的木质素分离溶剂体系。【方法】竹材及再生后竹材化学成分基于标准方法测定,木质素结构单元变化通过碱性硝基苯氧化分析,采用X射线衍射比较竹材再生前后纤维素结晶区变化。【结果】球磨2 h的竹粉能以质量分数7.5%完全溶解在6%LiCl/DMSO溶剂体系中,溶于8%LiCl/DMSO溶剂体系中的竹粉质量分数达10%;经再生后化学成分分析,木质素基本保留,再生得率约90%;硝基苯氧化分析结果表明,再生前后木质素未缩合单元含量没有变化,其中S单元占50%,碳水化合物有一定损失;通过X射线衍射分析,纤维素结晶度经LiCl/DMSO溶剂体系溶胀处理后从58.7%降至26.5%。【结论】球磨时间、LiCl在DMSO溶液中的质量分数均会影响LiCl/DMSO溶剂体系中的竹粉溶解,再生后,球磨竹粉的化学成分再生能力强,高聚糖在LiCl/DMSO溶剂体系中的再生能力稍低于木质素。竹材中木质素的缩合程度低于稻草,球磨及再生对竹材木质素结构没有影响。竹材原料球磨再生后的纤维结晶区有一定程度破坏,结晶度有所下降。竹材无论是化学成分还是生物结构均与木材类似,在溶解性能上更接近于木材,LiCl/DMSO溶剂体系可尝试作为解译竹材木质素的可行性分离溶剂。

LiCl/DMSO体系中木质纤维温敏凝胶的制备及性能研究

使用LiCl/DMSO溶解大豆茎秆,再向溶解体系中按序加入单体(NIPPAm,N-异丙基丙烯酰胺)、交联剂(MBA,N,N-亚甲基双丙烯酰胺)和引发剂(AIBN,偶氮二异丁氰),合成半互穿聚合网络温敏型凝胶。发现:该凝胶富含孔洞,可迅速吸水溶胀,且对温度敏感。而聚异丙基丙烯酰胺和木质纤维链段之间通过强烈的化学或物理联接而共存于凝胶中。通过提高交联剂用量,可达到增强凝胶网络结构致密度,减小孔隙,增加壁厚的作用,从而可降低凝胶的平衡吸水溶胀率和消溶胀率。此外,因木质素和半纤维素的存在,凝胶溶胀行为也必定受到影响。

稻草在LiCl/DMSO中的溶解及再生性能

【目的】以球磨稻草(水稻Oryza sativa秸秆)为原料,通过氯化锂/二甲亚砜(LiCl/DMSO)溶剂体系处理,探讨球磨稻草在LiCl/DMSO溶剂体系中的溶解行为及再生特点。【方法】选取稻草叶、带节的秆、不带节的秆、全秆等4个部位,设置0.5、1.0 h球磨时间,设置LiCl质量分数为2%、4%、6%、8%的LiCl/DMSO溶剂体系进行溶解后再生,按照标准方法测定纤维素、半纤维素、木质素和灰分等化学成分,通过碱性硝基苯氧化来测定木质素结构单元的产率,分析木质素的缩合程度,采用X射线衍射图谱计算纤维素结晶度,比较再生前后的纤维素的结晶区变化。【结果】球磨1.0 h秆和叶均可完全溶解于LiCl/DMSO溶剂体系,质量分数为8%的LiCl/DMSO溶剂体系可溶解的叶和秆的质量分数能达到10%。经水再生后,80%以上的木质素得以保留,秆中木质素保留率可达到87.5%;经X射线衍射分析,叶中纤维素的结晶度从37.8%下降至27.5%,秆从43.1%下降至26.5%;硝基苯氧化结果表明:再生后,各部位中木质素结构未缩合单元含量均有所增加。【结论】球磨时间、LiCl的质量分数均会影响草粉在LiCl/DMSO溶剂体系中的溶解,再生后,球磨草粉中的化学成分再生能力强,经比较叶中纤维素、木质素的再生能力最低;叶、秆中灰分的分布、沉积有所不同,叶中的灰分再生能力高于秆。各组分经球磨后木质素的缩合程度降低,球磨改善了硝基苯氧化环境。再生后各部位中的纤维素结晶度有所下降,结晶区受到一定程度的破坏。

基于LiCl/DMSO全溶体系麦草秸秆最佳球磨配球条件研究

木质纤维全溶或组分分离过程中,需经一定程度球磨预处理以打破木质纤维原料细胞壁中各组分之间的联接,而球磨效率的高低与所选用球珠的直径大小和所占比例有密切关系。采用配球法对麦草秸秆进行球磨处理,分析球磨后麦草原料在LiCl/DMSO全溶体系中的溶解性能及其可抽提木质素得率,优选麦草最佳球磨条件。研究发现,当采用二级配球法时,麦草在LiCl/DMSO中的溶解性能较好,且对木质素化学结构影响较小,球磨效率较高;且随着球磨时间延长,麦草溶解性能增强,而可抽提木质素得率逐渐提高,即对木质素结构影响增强。综合考虑麦草溶解性能和木质素结构保护,选取二级配球法A_(110)B_9为麦草的最佳球磨方法。在此条件下,麦秆、麦鞘和麦叶的最佳球磨时间分别为6 h、6 h和4 h,且三级分的可抽提木质素得率分别为11.03%、10.44%和8.28%,均处于较低水平,说明该球磨条件下,木质素结构破坏程度很小,对后续木质素和木质素-碳水化合物复合体(LCC)组分的分离和结构保护具有重要意义。

乙二胺预处理麦草浆在LiCl/DMSO体系中的溶解-再生性能

利用8%Li Cl/DMSO木质纤维全溶体系,溶解经乙二胺溶液预处理后氧脱木质素碱法麦草浆,探讨乙二胺预处理对浆料性能的影响,及预处理后浆料在8%Li Cl/DMSO全溶体系中的溶解-再生性能。研究发现：乙二胺预处理在保留较高结晶度时可改变浆料结晶结构,氧脱木质素碱法麦草浆经乙二胺预处理后可完全溶解于8%Li Cl/DMSO溶液,随着木质素含量的增加,溶解所需时间延长;溶解后样品经水可再生,产物得率为59.19%~61.88%,溶解-再生过程中木质素、多糖、灰分和硅都得到较好保留。

球磨麦草茎秆和叶子的LiCl/DMSO溶解和水再生行为比较（英文）

木质纤维素生物质细胞壁全组分在有机溶剂或离子液体中的溶解是解析木质纤维素结构特性和制备生物质基材料的有效途径。笔者将不同球磨程度的麦草茎秆和叶子溶解在8%(w/w)LiCl/DMSO溶剂体系,并于水中再生,对比分析麦草茎秆和叶子溶解-再生行为及木质素结构特性对再生原料酶水解性能的影响。结果显示,球磨4 h的麦草茎秆和叶子可完全溶解在LiCl/DMSO溶剂体系,但麦草茎秆木质素及碳水化合物的溶解-再生行为与叶子有较大差异。经LiCl/DMSO溶解和水再生的原料,部分木质素损失,酶水解效率显著提高,且再生叶子酶水解效率明显高于再生茎秆。化学降解分析表明,短时间的球磨处理(≤4 h)和溶解再生过程对木质素结构影响较小,但球磨时间延长对木质素β-O-4键特别是赤型结构破坏严重。麦草茎秆木质素比叶子木质素具有较高的硝基苯氧化、臭氧降解得率、赤型/苏型结构比例以及较多的β-O-4连接键。麦草茎秆和叶子酶水解效率及木质素结构的差异表明,木质纤维素生物质酶水解效率不仅受木质素芳环结构的影响,而且受木质素侧链β-O-4连接键的影响。

机械力与碱处理对不同木质纤维在LiCl/DMSO溶剂体系中溶解性能的影响比较

木质纤维素原料由于具有复杂的细胞壁结构,其组分的溶解和分离成了其高效转化和利用的难点和关键所在。Li Cl/DMSO溶剂体系作为木质纤维素的可全溶体系开发以来,在木质纤维素的转化和利用方面备受关注。木质纤维原料在应用于LiCl/DMSO溶剂体系之前,通常都是经过一定的机械力预处理的。鉴于木质纤维原料的粒径大小及化学组分对溶解性能影响很大,粒径越小,木质纤维原料的结晶度越低,越利于溶剂分子的渗透,本研究采用不同的球磨时间及不同的NaOH/Na_2S制浆工艺条件预处理杨木原料,制备粒径大小、化学结构及组成有很大差别的系列试样,在相同浓度的8%LiCl/DMSO溶剂体系下比较、探讨不同球磨时间及不同程度的化学制浆处理对杨木在LiCl/DMSO溶剂体系中的溶解性能的影响,同时探讨相似的预处理及溶解条件下杨木和麦草溶解性能的差异。

球磨大豆秸秆在LiCl/DMSO全溶体系中的溶解―再生性能

对大豆秸秆纤维形态、化学成分及球磨预处理后秸秆原料在8%LiCl/DMSO全溶体系中的溶解―再生性能进行了详细研究。大豆秸秆纤维长度明显较短,宽度较大,长宽比比其他秸秆纤维小;其灰分和二氧化硅含量比多数木材原料高,比麦草、玉米秆等原料低很多;其不同部位木质素、综纤维素、抽出物、蛋白质及各种无机元素等成分相差较大。利用8%LiCl/DMSO溶剂体系溶解球磨茎秆和荚组分后发现,球磨时间延长,溶解性能越好,球磨时间达4 h,可完全溶解形成澄清透亮的均一溶液。溶解后样品经水再生,产物得率随球磨时间的延长而降低,且在溶解―再生过程中木质素和多糖会有较多损失,多糖损失大于木质素的损失,灰分和硅能得到较好保留。

机械力与碱处理对不同木质纤维在LiCl/DMSO溶剂体系中溶解性能的影响比较

木质纤维素原料由于具有复杂飭细胞壁结构,其组分的溶解和分离成了其高效转化和利用的难点和关键所在。LiCl/DMS0溶剂体系作为木质纤维素的可全溶体系开发以来,在木质纤维素的转化和利用方面备受关注木质纤维原料在应用于LiCl/DMSO溶剂体系之前,通常都是经过一定的机械力预处理的.鉴于木质纤维原料的粒径大小及化学组分对溶解性能影响很大,粒径越小,木质纤维原料的结晶度越低,越利于溶剂分子的渗透,本研究采用不同的球磨时间及不同的NaOH/Na2S制浆工艺条件预处理杨木原料,制备粒径大小、化学结构及组成有很大差别的系列试样,在相同浓度的8%LiCl/DMSO溶剂体系下比较、探讨不同球磨时间及不同程度的化学制浆处理对杨木在LiCl/DMSO溶剂体系中的溶解性能的影响,同时探讨相似的预处理及溶解条件下杨木和麦草溶解性能的差异。

LiCl/DMSO溶剂体系对分离球磨稻草木质素的影响

为探讨LiCl/DMSO溶剂体系对稻草化学组成溶出行为的影响,以球磨稻草为原料,分别选取稻草的秆和叶部位,通过LiCl/DMSO溶剂体系处理,测定再生前后的秆和叶部位的化学成分,采用碱性硝基苯氧化来分析木质素的结构单元变化。结果表明:球磨时间越长,木质素和高聚糖的再生得率会降低,球磨原料中灰分的再生不受球磨操作条件影响;稻草秆的再生能力高于叶,其中木质素和高聚糖的再生得率比叶的高,灰分的保留则较低。稻草的秆和叶经过LiCl/DMSO溶剂体系处理可促进木质素的溶出,处理后的秆更易于进行酶水解。经球磨后的木质素缩合程度增加,球磨改进了硝基苯氧化环境,其反应的均相性得到提高。再生酶水解后,各球磨部位缩合程度有所增加。其中从球磨1.0~2.0h的叶和秆分离出的木质素能代表相应原料中不同部位的原木质素。

基于LiCl/DMSO全溶体系的巨龙竹组分分离及结构表征

使用LiCl/DMSO溶剂体系对巨龙竹粉进行溶解、再生处理后,以二氧六环为溶剂提取木质素,并通过分子量测定、红外光谱和核磁共振波谱对提取组分进行结构表征.结果表明:LiCl/DMSO溶解、再生处理可使竹材木质素溶出率从6.1%提高到9.6%,纯度从82.5%提高到89.4%,碳水化合物含量由15.8%减少到9.2%;从LiCl/DMSO处理竹粉与原始竹粉中提取的均为禾本科木质素,其分子结构单元以β-O-4′(芳基醚键)和β-β′(树脂醇单元)结构为主.该处理方法有助于提高巨龙竹木质素组分的分离效果,同时不会明显破坏竹材木质素的化学结构.

基于全溶体系的木质素分离与表征

为获取完整的木质素化学结构,全面深刻解析木质素的结构特性,以球磨2 h的杨木为原料,通过LiCl/DMSO溶解体系溶解、再生处理,纤维素酶解,再经分离、纯化得到杨木溶解再生酶解木质素(DEL),得率和纯度分别为42.1%、39 g/kg,均高于单纯纤维素酶解木质素(CEL)。DEL分子质量较低,分散性更均一,分离过程中低分子质量的木质素更易溶出。通过碱性硝基苯氧化反应,表征了DEL的缩合程度,进一步证明了DEL为GS型木质素,且分离过程中,木质素的未缩合结构单元比例、缩合程度未发生变化。

基于全溶体系的毛竹竹材木质素分离方法

【目的】以毛竹Phyllostachys edulis竹材为原料,经球磨分别通过LiCl/DMSO溶剂体系的溶解、再生处理、纤维素酶水解,得到的酶解残渣进行溶剂抽提、纯化,分离出竹材中的再生酶解木质素(RCEL)。【方法】木质素化学成分按照标准方法测定,木质素结构单元的变化通过红外、碱性硝基苯氧化、核磁共振波普分析,采用X射线衍射比较再生前后的纤维素结晶区变化。用凝胶渗透色谱测定木质素的分子量及其分布。【结果】经由化学成分结果得知:RCEL的得率和纯度都较高。经红外、元素分析、硝基苯氧化、凝胶渗透色谱、核磁共振等手段表征表明:分离得到的竹材RCEL为GSH型木质素,缩合程度略高于纤维素酶解木质素(CEL),其中,紫丁香基结构单元含量较高,达50%,分离过程中结构单元比例没有变化。从分子量及其分布来看,竹材RCEL数均分子量和重均分子量都较高,分离过程中木质素降解较少。经X射线衍射分析,经LiCl/DMSO体系溶胀处理后纤维素的结晶度有所下降。RCEL木质素热失重温度为200~600℃,600℃后失重趋于稳定,木质素缩合程度不同会导致不同的热解特性。【结论】基于LiCl/DMSO溶剂体系的分离方法,对木质素大分子结构有较好的保护作用,对碳水化合物有很好的降解作用,可以改变纤维素结晶区的结构,降低结晶度,从而能促进纤维素的降解,提高酶解效率,有利于高效分离CEL。与传统分离方法得到的球磨木质素(MWL)、CEL相比,经过LiCl/DMSO溶剂体系处理后得到的竹材RCEL,能较好地代表竹材的木质素。

高吸液性木质纤维气凝胶的制备及表征

大豆秸秆经乙二胺(EDA)预处理后以不同质量分数(1%、2%、3%和4%)溶解在LiCl/DMSO中,经乙醇凝胶化后冷冻干燥,制得高吸液性木质纤维气凝胶(SBS-AG-1~SBS-AG-4),并对其微观形貌、多孔性及吸水吸油等性能进行测试和表征。结果表明:木质纤维质量分数较高(4%)时,气凝胶比表面积较大且强度较好,SBS-AG-4的比表面积、压缩强度和储能模量分别为198.52 m2/g、135.56 kPa(50%应变)和798.91 kPa(剪切应力为100 Pa),但纤维网络交织紧密,孔径减小,吸液性能降低,其在30 s内对水、柴油和硅油的吸附倍率分别为8.45、5.77和6.39 g/g;而在木质纤维质量分数较低(1%)时,气凝胶内部网络结构疏松程度增加且孔径较大,有助于提高气凝胶吸液倍率和速率,SBS-AG-1可在30 s内对水、柴油和硅油达到平衡吸附,吸附倍率分别高达22.63、18.57和21.53 g/g。

木质纤维吸油气凝胶的制备及性能

大豆秸秆粉末经乙二胺(EDA)润胀消晶后溶解在LiCl/DMSO中,与甲基丙烯酸甲酯(MMA)及丙烯酸丁酯(BA)在交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和引发剂偶氮二异丁氰(AIBN)作用下反应,制得具有半互穿聚合网络木质纤维疏水吸油气凝胶,并利用FT-IR、SEM、流变仪和光学接触角等手段表征凝胶相关性能。研究发现:制得的气凝胶同时含有单体聚合交联网络和木质纤维链段,有明显的多孔三维网络结构,且具有良好的疏水吸油性能。可通过调节木质纤维与单体比例调控凝胶网络结构和疏水吸油性能。当木质纤维与单体比例为1 ∶ 4时,气凝胶结构最为疏松,孔隙增大,吸油性能最佳,其吸油量可达10.61 g/g(二甲苯)和7.41 g/g(食用油)。

Solubilization and Fractionation of Japanese Beech Wood with LiCl and DMSO

The solubility of beech wood cell wall in 8%lithium chloride/dimethyl sulfoxide(LiCl/DMSO)was investigated with an ethylenediamine(EDA)pretreatment without ball milling.EDA pretreatment of the wood cell wall was found to be an efficient method for the solubilization of the majority of the wood cell wall while avoiding the destructive effects of milling on the structure of the wood cell wall components.The yield of the final insoluble fraction was only approximately 31.6%based on the original Wiley wood sample after two EDA pretreatments and the dissolving processes.The solubility of lignocellulosic material in 8%LiCl/DMSO increased with decreasing lignin content after an EDA pretreatment.The yield of the insoluble fraction decreased from 62.9%to 9.2%with a decrease of lignin content from 28.0%to 14.1%.When the lignin content of lignocellulosic material was relatively low(approximately 10.5%),it could be dissolved in 8%LiCl/DMSO after an EDA pretreatment.The EDA pretreatment of wood meal had a much greater effect on polysaccharides than on the lignin in wood cell wall.

二氧六环/水溶液对麦草秸秆溶解-再生及LCC提取效率的影响

为探明二氧六环/水溶液浓度对木质纤维溶液再生性能和“液液”提取木质素-碳水化合物复合体(LCC)效率的影响,采用LiCl/DMSO溶液溶解球磨麦秆原料,再以二氧六环/水溶液再生及同步“液液”提取法获得固体再生产物和LCC组分。研究发现:在二氧六环和水的比例相差较大时(25%或96%,V/V),有利于麦秆溶液的再生,而当两者比例相差较小时,麦秆溶液再生性能降低,但同步“液液”提取效率提高。且纤维素几乎可完全保留在再生产物中,而部分木质素和半纤维素将被“液液”提取,从而实现LCC的提取。二氧六环/水溶液比例为75%时,麦秆溶液再生性能最低,而“液液”提取效率最高。此时,再生产物得率为76.31%,且其中所含木质素缩合程度最低,“液液”提取所得LCC得率可高达32.90%。