中药固体废弃物的木质纤维素组分测定及分类指导原则建立

中药固体废弃物(中药固废)除含有残留药用成分及微量元素外,还存在大量的木质纤维素资源。本文从处方常用的200种中药中选择了40种典型中药,采用美国可再生能源实验室研究方法,对中药原料及中药固废中木质纤维素组分含量进行定量分析。以木质纤维素总量和有效糖与木质素的比值为评判标准,将中药固废进行分类。结果表明:根茎类中药木质纤维素组分含量平均值为59.78%,叶花草果类木质纤维素组分平均值为58.96%,12种中药木质纤维素含量超过70%;煎煮后的根茎类中药固废木质纤维素组分含量平均值提升至68.82%,花叶草果类木质纤维素组分含量平均值提升至67.54%,18种中药固废木质纤维素含量超过70%;40种中药固废可分为制糖、发酵、制炭和焚烧四类,其中适合制糖的有8种,适合固态发酵或堆肥的有27种,适合制炭的有3种,可用于焚烧的有2种。该分类指导原则为中药厂药渣管理和利用提供了借鉴。

稀酸预处理对玉米秸秆中4类非木质素组分的降解规律研究

分离制取玉米秸秆中非木质素类的4类组分纤维素、半纤维素、热水提取物和乙醇提取物,采用高效液相色谱研究其在稀硫酸预处理过程中主要水溶性降解产物的生成规律。其中,纤维素降解生成葡萄糖、甲酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛;半纤维素降解生成木糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、乙酸和糠醛;热水提取物降解生成葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛;乙醇提取物降解生成少量的葡萄糖、木糖、乙酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛。抑制物甲酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛主要来自纤维素,乙酸和糠醛来自半纤维素,产量可分别为1.4%、2.7%、2.2%、3.1%和7.8%(以玉米秸秆计)。硫酸质量分数是影响乙酸产量的主要工艺因素,而反应温度是影响甲酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛产量的主要工艺因素。

近红外光谱技术在苎麻壳木质纤维组分及镉含量测定上的使用

苎麻壳是原麻剥制后残留的表皮层,有重要的用途。为高效准确测定苎麻壳中木质纤维素组分和重金属镉含量,提高苎麻壳的利用效率,研究将近红外光谱技术与苎麻壳木质纤维素组分、镉(Cd)含量化学测定值相结合,采用定量偏最小二乘法(QPLS),运用不同的预处理和化学计量学方法建立了苎麻壳的校正模型,验证并筛选出最佳模型。结果表明:苎麻壳半纤维素、木质素、纤维素和Cd含量用散射校正预处理方法最佳,相关系数分别为0.9817、0.9864、0.9966、0.9922;果胶用中心化光谱预处理最佳,相关系数为0.9989。果胶、半纤维素、木质素、纤维素和Cd含量预测模型分别为y=0.9977x+0.0074,y=0.964x+0.3654,y=0.9936x+0.1767,y=0.9932x+0.3056,y=0.9851x+0.039。果胶、Cd、半纤维素的预测值和化学值的绝对误差分别在0.06、0.09、0.50左右,误差小,故可以选择该模型对苎麻的果胶、半纤维素和Cd含量等进行快速准确预测。

预处理改变稻草亚细胞结构的化学基础

以氢氧化钠、碳酸氢铵和尿素处理的稻草为研究对象，采用糖腈乙酰酯法和碱性硝基苯氧化法，分别测定了化学预处理前后稻草用80％乙醇浸提残渣中结构性多糖和木质素组分的变化．试验结果显示，化学预处理后稻草结构性多糖水解产物下降7．9％～17．7％；木质素组分中愈伤木基木质素下降31．9％～37．7％，对羟基苯基木质素下降16．6％～28．5％，紫丁香基木质素下降11．5％～16．8％，对香豆酸下降16．6％～26．3％，阿魏酸下降5．5％～11．1％．各组分下降幅度均以氢氧化钠处理最高．上述结果表明，化学预处理通过破坏木质素与结构性多糖、木质素单体之间的连接，导致细胞壁各层的木质素组分不同程度的下降是化学预处理后稻草亚细胞结构变化的化学基础所在．

稀酸预处理玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物的来源探究

针对己糖(葡萄糖)、戊糖(木糖)共发酵产纤维素乙醇抑制物控制的关键性瓶颈,分别以玉米秸秆及玉米秸秆中非木质素的4类组分纤维素、半纤维素、热水提取物和乙醇提取物为原料,并以0.75%稀硫酸和180℃预处理40 min得到5种稀酸预处理液。以60 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源,分别添加上述稀酸预处理液,比较了5种预处理液对休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)共发酵产乙醇的影响,并探究主要抑制物来源。结果表明:133 g/L全玉米秸秆稀酸预处理的降解物会完全抑制C.shehatae糖代谢和共发酵。在玉米秸秆稀酸预处理过程中,4类非木质素组分降解物均会导致乙醇得率下降,其中100 g/L纤维素降解物完全抑制木糖的发酵,半纤维素降解物同时抑制葡萄糖和木糖的发酵,甚至对酵母产生致死毒性,热水提取物和乙醇提取物降解物延滞糖利用和酵母生长。玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物主要来自于纤维素和半纤维素在稀酸预处理中的降解反应,主要为甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛,同时还存在着其他降解产物的毒性或协同毒性。

室温均相体系中甘蔗渣的棕榈酰化反应

建立木质纤维生物质全组分室温均相衍生化体系。在室温下,将球磨后的甘蔗渣全组分溶解在二甲基亚砜/1-甲基咪唑(体积比2∶1)溶剂体系中,再利用改性试剂棕榈酰氯对溶解后的甘蔗渣进行室温均相衍生化研究,探讨了反应条件对产物质量提高百分数(weight percent gain,WPG)的影响,并采用FT-IR和固体CP/MAS 13 C-NMR对衍生化产物进行了表征。研究发现,无需额外添加催化剂,棕榈酰氯即可在室温下与溶解的甘蔗渣发生化学反应。固定反应时间180min,将棕榈酰氯与甘蔗渣的用量比从1∶1提高到5∶1,WPG从7.16%增加到152.84%,但进一步增加棕榈酰氯用量比至6∶1,WPG显著下降至90.20%;固定棕榈酰氯和甘蔗渣的用量比为3∶1,将反应时间由15 min延长到180 min,WPG由35.63%提高到93.34%。FT-IR和固体CP/MAS 13 C-NMR分析证实了室温条件下溶剂体系中衍生化反应的发生。研究发现,甘蔗渣中碳水化合物和木质素组分均参与了化学反应,其中纤维素C-2、C-3和C-6位置的3个游离羟基均发生了化学反应。

基于地面激光雷达的单株树木叶面积指数测量研究

以单株树木为研究对象,实现一种基于地面激光雷达点云数据的单株树木叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)测量过程,以减小冠层木质组分对LAI测量结果带来的误差。首先,借助支持向量机(Support Vector Machine,SVM)实现单株树木地面激光点云数据树枝与树叶的分类。然后,基于间隙率模型利用分类后得到的树叶点云数据计算得到叶面积指数。最后,以直接测量方法获取得到的LAI测量值作为真实值进行精度验证和评价,基于未分类点云数据得到的LAI相对误差为115.93%,而基于分类后的树叶点云得到的LAI相对误差为16.3%。实验结果表明,该方法可有效减小冠层木质组分带来的LAI测量误差。

不同理化预处理对麦秸Pb2+吸附的影响

以麦秸为研究对象,利用碱处理、微波处理、酸处理和水热处理等手段制备不同预处理的麦秸样本,探究其微观结构、化学组分变化以及Pb^2+吸附效果差异,以期为研究麦秸Pb^2+吸附机理、提高吸附效果提供理论依据。结果表明:经水热、硫酸、磷酸双氧水、微波、碱和碱双氧水等不同理化预处理的麦秸,其Pb^2+吸附量分别为1.01、1.51、3.99、6.57、9.56、9.76 mg/g。酸性条件可以有效去除半纤维素,微波处理对麦秸组分的改变相对较弱,碱性条件主要有利于去除木质素,双氧水进一步增强了对木质素的降解作用。定量分析结果表明,麦秸化学组分质量分数与Pb^2+吸附量存在一定量化关系,其中半纤维素质量分数与Pb^2+吸附量间呈正相关,木质纤维组分影响麦秸Pb^2+吸附的重要性从大到小依次为:AIL(酸不溶木质素)、半纤维素、木质素、其他组分、纤维素、ASL(酸溶木质素),表明半纤维素和木质素在麦秸Pb^2+吸附中占据权重最高。

叶面积指数间接测量方法

叶面积指数是对地遥感的关键参数。间接测量法快速高效,已广泛应用于叶面积指数的地面测量和遥感验证中,服务于众多行业和领域,表现为论文被引数远远大于发文数。从理论基础、代表算法、测量仪器、影响因素几个方面全面总结了叶面积指数间接测量方法的发展和现状,指出聚集/尺度效应、叶倾角分布、木质组分、地形效应是影响测量精度的关键因素,针对这些影响因素对未来发展方向进行了展望。