1、 山西轻工职业技术学院 毕业论文 阔叶木预水解液中半纤维素的提取 教 学 系： 化工工程系 专业班级： 应用化工 0932 姓 名： 指导教师： 山西轻工职业技术学院 二零一二年 四 月 四 日 毕业论文（设计）任务书 系（部） 化工工程系 专业 应用化工 班级 应用化工 0932 毕业论文（设计）目的 通过该论文的撰写，使我能够 更好的了解合成纤维的应用。 毕业论文（设计）的内容 1.各种合成纤维及其用途 2.分类 3.品种 4.主要品种及简要工艺 5.发展前景 毕业论文（设计）具体安排 1.格式要求，文字格式一律参照毕业论文（设计）的撰写规范的要求。 2.毕业论文（设计）篇幅的要求：不少于
2、 5000 字。 3.在实习期结束后要完成毕业论文 (设计 )（纸质版 2 份、电子版）。 开始日期： 2012 年 4 月 4 完成日期 :2012 年 5 月 6 日 指导教师 : 闫 佳 系（部）主任 : 杨天英 年 月 日 阔叶木预水解液中半纤维素的提取 SEPARATION OF HEMICELLULOSE FROM THE PRE-HYDROLYSIS LIQUID OF HARDWOOD 专 业： 姓 名： 指导教师 姓名： 申请学位级别： 论文提交日期： 学位授予单位： 摘 要 造纸纤维原料中含有丰富的半纤维素资源，对其中的半纤维素进行分离并合理利用是增加制浆造纸过程经济产值的
3、一种方法。从造纸原料中提取半纤维素通常都是通过预处理来达到的。本文研究采用预水解阔叶木溶出半纤维素，并利用无水乙醇沉淀法从预水解液中提取出粗半纤维素，探讨了酸预水解、碱预水解和水预水解对半纤维素溶出效果及其对纤维素的溶出效果。研究 表明：与水预水解相比，酸预水解终点时的 pH（ 3.34）更低，这会增加预水解过程中酸对金属容器的腐蚀性，同时，酸预水解的固体溶出量和戊聚糖得率都比水预水解稍高，而戊聚糖降解也比水预水解严重。对碱预水解研究发现，与水预水解相比，碱预水解终点时的 pH 接近中性，对金属容器腐蚀性较弱，固体溶出物、粗半纤维素得率和戊聚糖得率都较高，且戊糖降解率较低，但是纤维素的溶出也高
4、出许多，这对造纸企业是不利的。对比所得粗半纤维素的红外吸收光谱，酸预水解、水预水解和碱预水解的吸收峰大致相同，且都在 881cm-1 处有较强吸收，说明提取 的半纤维素中含有大量的 -糖苷键。 关键词 ：预水解；半纤维素；戊聚糖；提取 ABSTRACT Hemicelluloses are rich in fiber raw materials for papermaking, and separation and utilization of hemicelluloses is an economical and effective way to increase fibers econom
5、ic value. ,Generally, hemicelluloses are extracted by pre-treating the raw materials (wood chips) before pulping. In this paper, pre-hydrolysis before pulping and separation of crude hemicelluloses from pre-hydrolysis liquid were studied. The effect of different pre-hydrosis methods such as acid pre
6、-hydrolysis , alkaline pre-hydrolysis and neutral water pre-hydrolysis on the properties of pre-hydrolysis liquor and hemicellulose was discussed. The results showed that the final pH(3.34) of acid pre-hydrolysis was lower than that of neutral water pre-hydrolysis and it would corrode metal vessel s
7、everely. On the other hand, solid dissolution and pentosan dissolution of acid pre-hydrolysis were higher than that of neutral water pre-hydrolysis, while degradation was higher. In addition, the study about alkaline pre-hydrolysis showed that the final pH of alkaline pre-hydrolysis was close to neu
8、tral which is good for the metal vessel. On the other hand, total solid, crude hemicelluloses, cellulose contents in the prehydrolysis liquor and the yield of pentosan were much higher than that of neutral water pre-hydrolysis, while pentosan degradation was much lower. However， cellulose content wa
9、s relatively high which is not good for papermaking industry. Through the IR spectrum of crude hemicelluloses, we knew that absorption peak of acid pre-hydrolysis, alkaline pre-hydrolysis and neutral water pre-hydrolysis were very common and they all have absorption peak on 881cm-1 which revealed th
10、at crude hemicelluloses contains a lot of glycoside bond. Keywords: pre-hydrolysis; hemicelluloses; pentosan; extraction 目 录 1 前言 .1 1.1 造纸原料生物质的综合利用 .1 1.2 生物精炼技术 . 4 1.3 半纤维素 .5 1.4 半纤维素研究的意义 .8 1.5 制浆前纤维原料 的预水解 .8 1.6 半纤维素的提取及分析 . 10 1.7 本论文的研究目的意义及内容 . 12 2 实验材料与方法 . 14 2.1 实验原料、试剂与设备 . 14 2.2 实
11、验方法 . 15 3 结果与讨论 . 20 3.1 阔叶木的预水解 . 20 3.2 预水解液中半纤维素的提取及分析 . 20 3.3 不同预水解方法的对比分析 . 25 4 结论 . 28 参考文献 . 29 致 谢 . 31 山西轻工职业技术学院 1 1 前言 随着经济全球化进程的不断发展及金融危机的出现，世界上包括北美和北欧的一些林产工业和制浆造纸工业较为发达的国家，出现了传统制 浆造纸产品竞争力下降的趋势。虽然企业在降低成本、增加纸制品附加值和适应市场方面做了较多的努力，但是收到的回报却在不是很令人满意。我国制浆造纸工业也面临着同样的问题，竞争压力和紧迫感越来越大，来自环境保护、木材原
12、料供应方面和资金方面的问题越来越多。要改变这种局面，只有生产出高附加值的产品以获得更多的收益，真正实现生物质的综合利用。制浆造纸过程中，预先将半纤维素从造纸原料中分离出来，实现造纸工业的“生物精炼”，这一概念的提出对我国造纸工业的发展尤其有利。 1.1 造纸原料生物质的综合利用 生物质能是世界第四大能 源，其在整个能源统中的地位仅次于煤炭、石油、天然气，一直以来都在人类的生活生产中扮演着及其重要的角色。生物质能约占世界能源消耗的14%，发展中国家可高达 40%以上。进入 21 世纪后，人类面临着经济增长和环境保护的双重压力，在这种局面下，生物质能将在未来能源结构中具有举足轻重的地位 1。 制浆
13、造纸原料几乎遍布生物质的方方面面，从木材、草类原料，到棉花等经济作物。这些原料中的纤维素、半纤维素、木素是一直是人们研究的重要课题，在纤维素、半纤维素、木素这三大主要成分中，人们总是希望尽可能保护的纤维素成分不受破坏，尽 可能的去处其中的木素，同时合理的保留其中的半纤维素。因此，对制浆造纸原料生物质的综合利用就是合理利用其中的半纤维素和木素。 1.1.1 半纤维素的综合利用 在传统的制浆造纸工业中，人们的研究主要集中在纤维素和木素方面，而对半纤维素的研究相对较少。有研究表明，在化学制浆过程中，只有约 50%的纤维素被保留下来，而占原料组成为 25%的半纤维素大多被溶解在黑液中 2，然后在碱回收
14、过程中被烧掉。相对于木素而言，半纤维素的燃烧值过低，只有 13.6 kJ/kg(木素的燃烧值为 27 kJ/kg)3，经济效益不高。若将 原料中的这些半纤维素成功的提取出来，再利用化学或生物方法将其转化为可再生的生物能源或其他化工产品。既能够提高黑液的燃烧效率，降低造纸厂的黑液处理压力，又能够为企业增加经济收入。 从造纸原料提取出来的半纤维素的实际应用分为以下几个方面： 1.1.1.1 在能源环境中的应用 利用生物质能转化为乙醇，是质能转换体系中较为成熟的体系，一方面许多生物质能经初步加工，能够作为发酵酒精的工业原料，而乙醇生产已在世界范围内形成仅次于石油化工的大产业，工艺准备技术成熟，另一方
15、面，乙醇作为燃料具有热值大、燃烧充山西轻工职业技术学院 2 分等优点，并能够 与现形的内燃机有较好的相容性。目前的燃料乙醇主要是指无水乙醇，按一定比例加入到汽油或柴油中，可缓解汽油、柴油短缺的社会问题，同时能够提高汽油和柴油的燃烧水平，有利于加强环境保护。 乙醇生产的方法主要有化学合成法和生物发酵法两种。化学合成法是以石油工业中石油裂解产生的乙烯为原料加水合成酒精的，其特点是产品含杂较多，且原料不可再生。而工业发酵生产酒精原料可以是淀粉质、糖蜜和纤维素生物质，经转化变成微生物可利用的糖类物质，再经发酵过程后提取发酵醪液中的酒精。其特点是产品纯度较高，原料可再生。世界上的酒精工业以发酵 法为主
16、2。 1.1.1.2 在生物和医药上的应用 近年来， 半纤维素特别是木聚糖在生物和制药工业中的应用引起人们的广泛兴趣， 但是人们还没有完全认识到半纤维素利用的潜力。木聚糖很容易从农林废弃物 (如玉米芯、稻壳、农作物秸秆 )、果皮、果壳、刨花和锯末等中获得， 半纤维素的分离也相对容易。从几种禾本科植物分离出的阿拉伯糖木葡聚糖具有免疫刺激行为。从车前草种子中分离的高分枝度的半纤维素具有很强的抗补体行为， 其结构主链为部分 O- 乙酰化的 -1， 4-D-木聚糖， 侧链为末端 -D-吡喃木聚糖单元和酸性二糖。据 报道， 从富含木聚糖的一年生植物废弃物 (如竹叶， 玉米秆， 小麦草 )和从日本山毛榉中
17、分离的 4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖， 具有明显的抑制恶性肿瘤 -180 及其他肿瘤的行为。含有羧甲基化木聚糖的木材半纤维素具有刺激 T- 淋巴细胞和免疫细胞的作用， 被称为中国新的抗癌药物。在欧洲， 近 30 年来从山毛榉葡萄糖醛酸木糖衍生的戊聚糖多硫酸盐 (PPS)一直被作为抗凝血剂， 其抗凝血能力可比得上肝素。半纤维素还可以作为一种新型的预防和治疗变性关节疾病的药物， 或作为胆固醇抑制剂、镇静剂、药片分解剂和艾滋病毒抑制剂等用于医药 卫生行业 4。 1.1.1.3 在食品上的应用 在食品工业中， 半纤维素可作为食品黏合剂、增稠剂、稳定剂、水凝胶、食用纤维、薄膜形成剂及乳化剂， 如应用在面包生产中可增加面包的体积和吸水量， 并提高面包的质量。谷类原料中的阿拉伯糖木聚糖能够抑制细胞之间冰的形成， 该性质使之可以用于生产冷冻食品。谷类原料中的半纤维素可以作为一种潜在的发酵原料， 用于生产乙醇、丙酮、丁醇和木糖醇。木糖醇是一种多羟基化合物， 它具有甜味及胰岛素一独立代谢作用的性质， 能够用于食品工业生产之中。木聚糖也可以作为食用纤维。半纤维素 是用碱性溶液从纤维中提取的杂多糖类物质， 其产品 Fibrex 是甜菜纤维制成的脂肪替代品， 能耐高温， 常用于肉制品中 5。 1.1.1.4 在造纸上的应用 木聚糖在造纸工业中是一种优良的添加剂。山毛榉、玉米芯中分离出的富含木聚糖
