论文总字数：21260字

摘 要

木质纤维素是丰富的可再生生物质资源，是生物炼制的重要原料。玉米秸秆是一种廉价的生物质资源，富含纤维素、半纤维素和木质素。使用有机溶剂可以将玉米秸秆中的木质素提取出来，减少环境污染，避免资源浪费。本文以制备低聚木糖形成的秸秆残渣为研究对象，对从中提取木质素展开了研究。

1. 首先对丙酮、四氢呋喃、乙腈、1,4-丁内酯和二氧六环五种有机溶剂提取木质素的性能进行了比较，发现以60wt%THF作为提取溶剂，170℃，150min，固液比1:15的条件下，木质素提取率达到了70.28%，木质素占减重比例为73.49%，同时提取出的木质素中酚羟基含量达到了1.525mmol/g。在相同条件下，以50wt%为提取剂时，木质素提取率为67.72%，木质素占减重比例为78.25%，故选用50%THF作为提取剂。
2. 向50wt%四氢呋喃中添加低浓度NaOH可提高木质素的脱除率。在170℃，150min，固液比1:15条件下，添加NaOH浓度为0.8wt%，木质素提取率达到87.58%，木质素占减重比例为53.32%，木质素中酚羟基含量达到了1.936mmol/g。
3. 以木质素提取率、木质素占减重比例和木质素中酚羟基含量分别为优化指标进行正交设计，对木质素提取过程进行优化。最终确定木质素提取的工艺条件为提取剂中NaOH浓度为0.8wt%，160℃提取135min，固液比为1:18。在此条件下，木质素提取率为84.56%，木质素占减重比例为69.00%，木质素中酚羟基含量为2.321mmol/g。
4. 以提取木质素后的秸秆残渣进行脱硅，结果表明：0.75mol/L NaOH蒸煮可脱除80%的硅和90%以上的残留木质素与半纤维素，而85%的纤维素得以保留，获得的产物中，纤维素含量达93%。

关键词： 玉米秸秆；木质素；四氢呋喃；纤维素

Study on the Stepwise Extraction of Lignin and Cellulose from Straw Residue Formed from Preparation of Xylooligosaccharides

ABSTRACT

Lignocellulose is a rich renewable biomass resource and an important raw material for biorefinery. Corn stover is an inexpensive biomass resource rich in cellulose, hemicellulose and lignin. The use of organic solvents can extract lignin from corn stover, reduce environmental pollution and avoid waste of resources. In this paper, the straw residue formed by the preparation of xylooligosaccharides was studied, and the extraction of lignin from it was studied.

First, the effects of extracting lignin from five organic solvents, acetone, tetrahydrofuran, acetonitrile, 1,4-butyrolactone and dioxane, were compared. It was found that at 50 wt% concentration, 170°C, 150min, solid-liquid ratio 1:15, the lignin removal rate of tetrahydrofuran as extractant reached 67.72%, the cellulose loss rate was only 4.86%, and the extracted wood The phenolic hydroxyl content in the prime reached 1.279 mmol/g, indicating a good extraction effect.

Adding NaOH to 50 wt% of tetrahydrofuran to improve the extraction effect of lignin. The experiment was carried out at 170 °C, 150 min, solid-liquid ratio 1:15, and the concentration of NaOH added was 0.8 wt%. At this time, the lignin removal rate reached 87.58%, and the phenolic hydroxyl content in lignin reached 1.936 mmol/g.

The lignin extraction process was optimized by the lignin removal rate, the proportion of lignin weight loss and the phenolic hydroxyl content in lignin. The process conditions for the final determination of lignin extraction were as follows: the NaOH concentration in the extractant was 0.8 wt%, the extraction at 160 ° C for 135 min, and the solid-liquid ratio was 1:18. Under this condition, the lignin removal rate was 84.56%, the lignin content was 69.00%, and the lignin content in the lignin was 2.321mmol/g.

Desilication of straw residues after extraction of lignin showed that: 0.75mol/L NaOH cooking can remove 80% of silicon and more than 90% of residual lignin and hemicellulose, while 85% of cellulose It was retained, and the obtained product had a cellulose content of 93%.

Key words: corn stover; lignin; tetrahydrofuran; cellulose

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1前言 1

1.2木质素提取进展 1

1.2.1碱法 1

1.2.2有机溶剂法 2

1.3 生物质脱硅工艺进展……………………………………………………………….............................3

1.4本课题研究的目的与意义 3

1.5本课题研究的主要内容 4

第二章 材料与方法 5

2.1实验材料与设备 5

2.1.1主要材料与试剂 5

2.1.2实验设备表 5

2.2实验方法 6

2.2.1玉米秸秆水热预处理 6

2.2.2提取低聚木糖 6

2.2.3木质素的提取优化 7

2.2.4木质素的回收 8

2.2.5纤维素的脱硅处理 8

2.3分析方法 8

2.3.1木质素，纤维素和半纤维素的检测 8

2.3.2木质素酚羟基含量检测 9

2.3.3木质素紫外光谱分析 10

2.3.4样品的FT-IR红外检测 10

2.3.5硅的检测 11

2.3.6实验中所涉及的参数计算方法 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 木质素的提取优化 12

3.1.1有机溶剂对于秸秆木质素提取的影响 12

3.1.2 氢氧化钠浓度对于秸秆木质素提取的影响 13

3.1.3正交设计优化提取条件 14

3.2木质素的表征 17

3.2.1木质素的紫外光谱分析 17

3.2.2 红外光谱分析 19

3.3纤维素的脱硅处理 20

第四章 结论与展望 21

4.1结论 21

4.2展望 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 文献综述

1.1前言

我国是农业大国，每年产生大量的农业作物秸秆，农业废弃物以及农业加工品剩余物，作物秸秆目前的主要用于畜牧饲料、造肥还田和农村生活能源，综合利用率不到40%^[1]。随着全球资源利用短缺的问题日益严重，科学家将目光投向了生物质能。玉米秸秆是一种廉价的生物质资源，富含纤维素、半纤维素和木质素，可用于制备功能性产物。玉米秸秆的合理利用可提高其经济价值并减少环境污染，对缓解能源危机，促进生态循环和低碳的经济模式具有重要意义。玉米秸秆作为重要的廉价植物生物质资源，目前利用方式较为粗放、附加值低，开发高附加值产品是促进秸秆炼制技术发展的重要方向。

1.2木质素提取进展

木质素是一种大分子无定形芳香族天然高聚物，根据木质素中甲氧基位置和含量可分为三种基本结构单元：紫丁香基木质素，愈创木基木质素和对羟基苯基木质素。全球木质素总量超过1500亿吨^[2]。由于木质素中富含活性基团如：羟基、羧基、甲氧基等，可以发生多种化学反应，因而可以应用在高分子树脂、絮凝剂、缓释剂等方面，其中羟基值的大小可以看出其应用于某些树脂领域的潜质^[3]。木质素的提取方法主要有以下几种：

1.2.1碱法

碱提法是化学分离木质素中使用最多的一种，其原理是利用碱中的OH-皂化作用断裂木质素和半纤维素之间的醚键及木质素分子之间的醚键和酯键，使木质纤维素结构发生润涨，比表面积增加，促进木质素溶解^[4]。在碱性条件下可以增加木质素的溶解性，提高其脱除率，然后利用酸沉淀法使木质素析出^[5]。张坤等应用碱溶-醇沉-酸析法对玉米秸秆中木质素提取及表征进行研究，“碱溶”断裂木质素与纤维素和半纤维素的紧密结合，木质素生成可溶性酚钠盐，经“醇沉”除去可溶性的杂质，再“酸析”使木质素生成不溶性游离酚析出，成本低、条件温和、周期短，实现了高活性玉米秸秆木质素的高效提取^[6]。然而，虽然碱法提取木质素操作容易，但提出的木质素多数和硅化合物共存，导致木质素不纯^[2]。

1.2.2有机溶剂法

和碱法相比，有机溶剂法提取出的木质素的纯度更高，杂质更少，可直接用于合成加工精细化学品。赵俭波等人采用碱法、有机溶剂法2种分离方法，以氢氧化钠、氨水、丙酮、乙二醇等4 种溶剂提取甘草渣木质素，发现采用有机溶剂法提取的甘草渣木质素官能团含量更高^[7]。有机溶剂法的提取又以溶剂的不同而划分，常用的有机溶剂如下：

（1）丙酮：

请支付后下载全文，论文总字数：21260字