發(fā)布時(shí)間：2020-11-22 05:37

　　 木質(zhì)纖維素材料是儲(chǔ)量最豐富的可再生資源,難溶于常規(guī)有機(jī)溶劑中,離子液體(ILs)是木質(zhì)纖維素的優(yōu)良溶劑,已得到廣泛應(yīng)用。本論文針對(duì)木質(zhì)纖維素中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)ILs二元體系,選擇性降解木質(zhì)素半纖維素復(fù)合體(LCCPL),從玉米秸稈中獲取高純纖維素材料;研究了纖維素在ILs溶解過程中的降解抑制機(jī)理與調(diào)控因素,實(shí)現(xiàn)了玉米秸稈在ILs體系中直接紡絲,獲得了具有優(yōu)良力學(xué)性能的纖維素纖維材料。主要研究進(jìn)展如下:(1)設(shè)計(jì)了二元體系用于從玉米秸稈中快速提取高純纖維素,并獲得初步分離機(jī)理。研究表明,[C4mim]Cl-氨基磺酸([C4mim]C1-AS)可在100°C,lh的條件下提取純度為99%的纖維素材料。纖維素的聚合度稍有下降,晶型結(jié)構(gòu)從I型變成了II型。AS的添加會(huì)提高溶劑體系的氫鍵堿度β值,有利于去除木質(zhì)素,添加劑不會(huì)破壞再生纖維素的微孔結(jié)構(gòu),也不會(huì)破壞ILs的基本骨架。[C4mim]Cl中存在著一系列{[C4mim]nCln+1}-的離子簇結(jié)構(gòu),AS的加入取代原離子簇中的Cl-,使其更易于進(jìn)入纖維素骨架內(nèi)部破壞氫鍵,促進(jìn)玉米秸稈的溶解及分離;(2)研究了氨基酸抑制纖維素在ILs中的降解,獲得了抑制降解機(jī)理。研究表明,氨基酸可以有效抑制纖維素在ILs中溶解時(shí)發(fā)生降解,且氨基酸和ILs構(gòu)成的體系可以循環(huán)利用。添加L-精氨酸可以顯著提高纖維素紡絲的力學(xué)性能,L-精氨酸和纖維素上的羥基形成氫鍵,占據(jù)纖維素羥基組(OH2、OH3、OH6')和(OH6、OH2'、OH3')中的一個(gè)羥基位點(diǎn),防止[C4mim]Cl與纖維素的羥基組(OH2、OH3、OH6')或(OH6、OH2,、OH3')同時(shí)形成氫鍵,抑制纖維素降解;(3)研究了徹底溶解玉米秸稈并直接紡絲,獲得具有良好力學(xué)性能的纖維素纖維材料。研究表明,當(dāng)L-精氨酸用量為0.30 g,溶解溫度為150℃,時(shí)間為11.5 h時(shí),此時(shí)的玉米秸稈可以全溶并紡絲。添加L-精氨酸可以使溶劑體系的氫鍵堿度β從0.89提高到0.96,有利于去木質(zhì)素和對(duì)纖維素的溶解;(4)設(shè)計(jì)了[C2mim][BF4]-L-精氨酸體系提取秸稈中木質(zhì)素,獲得了良好的提取效果。研究表明,當(dāng)L-精氨酸用量0.40 g時(shí),纖維素收率97%,木質(zhì)素的去除率84%。反應(yīng)停止后,可快速回收[C2mim][BF4]-L-精氨酸。在提取過程中,木質(zhì)素半纖維素復(fù)合體LCCPL被選擇性地解聚成低聚物,而秸稈中的纖維素不會(huì)降解且晶型結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化,4次循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明[C2mim][BF4]-L-精氨酸具有良好的可循環(huán)性。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ352.79
【部分圖文】：

圖１．２技術(shù)路線??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄｍａｐ??本論文的技術(shù)路線如圖１．２所示。第一步探宄從玉米秸桿中快速提取高純纖??維素的方法；第二步探究如何抑制纖維素在ＩＬｓ溶解過程中的降解；第三步是在??第二步的基礎(chǔ)上探究如何實(shí)現(xiàn)玉米秸稈在ＩＬｓ中的全溶并進(jìn)行改性獲取具有良好??性能的纖維素材料。??１６??

??掃描電子顯微鏡觀察預(yù)處理后得到的富纖維素再生物的形貌，圖２．１顯示了??在１】０°Ｃ下，玉米秸桿在［Ｃ４ｍｉｍ］Ｃｌ中溶解２?ｈ后再生所得的富纖維素再生物的??ＳＥＭ圖。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，經(jīng)過真空冷凍干燥技術(shù)處理的材料具有多孔結(jié)構(gòu)［１９４，１９５］。??可以看到，純［Ｃ４ｍｉｍ］Ｃｌ從玉米秸桿中提取的富纖維素再生物具有多孔結(jié)構(gòu)。??１??費(fèi)??＿＿??圖２．１丨Ｃ４ｍｉｍ｜ＣＩ從玉米秸稈中提取富纖維素再生物的ＳＥＭ圖??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＣＲＭ?ｅｘｔｒａｃｔｅｄ?ｂｙ［Ｃ４ｍｉｍ｜Ｃｌ??２．４秸稈在［Ｃ４ｍｉｍ］Ｃｌ－ＡＳ體系中的溶解實(shí)驗(yàn)??向玻璃試管加入０．５０?ｇ玉米秸稈（干基），一定量ＡＳ和１０．００?ｇ?［Ｃ４ｍｉｍ］Ｃｌ。??然后用加熱塊加熱到指定的溫度并保持一定的時(shí)間（重復(fù)三次）。溶解完后，為??了降低體系的粘度，向試管中加入１０．００?ｍＬ?ＤＭＳ０，然后將整個(gè)溶液轉(zhuǎn)移到５０．００??ｍＬ離心管中進(jìn)行離心得到殘?jiān)�和上清液。然后向上清液中加入４０．０�?ｍＬ由水和??混合丙酮按照體積比為１：１配置的反萃劑再生纖維素。而后將水，ＤＭＳＯ和溶解??了的玉米秸桿混合體系離心已獲得再生物。用４５．００?ｍＬ的熱水洗滌再生物和殘??渣四次以除去任何

??過回收洗滌液中所含有的木質(zhì)素的量來(lái)確定的。結(jié)果見圖２．３所示，我們可以看??到隨著溫度的提高，纖維素的降解率也在不斷提高，這一結(jié)果解釋了玉米秸桿溶??解率溶解隨著溫度的升高，不斷提高，但是纖維素的收率并沒有提高。此外，在??圖２．３中還可以看到木質(zhì)素的降解率在不斷提高，這和玉米秸桿的溶解率是正相??關(guān)的。這是因?yàn)椋粒拥拇嬖谄茐牧税�裹在纖維素周圍的由木質(zhì)素和半纖維素構(gòu)成??的保護(hù)層ＬＣＣＰＬ，打破了［Ｃ４ｍｉｍ］Ｃｌ和玉米秸稈中纖維素之間相互接觸的障礙，??從而極大地促進(jìn)了玉米秸桿在［Ｃ４ｍｉｍ］Ｃｌ－ＡＳ體系中的溶解。??１００１?１?１００??＝Ｓ：??！?ｆｉ０＇?／Ｘ＼?全??、。－Ｚ?＼、Ｚ＇??２０?－?＼?＼?￣?７０??０?－?＼???１?１?１?１?１??６０??８０?９０?１００?丨１０?１２０?１３０?１４０??ｒ?（Ｖ）??圖２．２溫度對(duì)玉米秸稈溶解效果的影響??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｏｎ?ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｒｎ?ｓｔｒａｗ??８０????．６０??和—．Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｊ??Ｉｋｎｉｉｉｃｅｌｉｕｔｏｓｅ?／?￣?ＳＯ??雜娜＿娜敵?ＩＪｇｎｉｎ??６０?－??？?：?－４〇??Ｉ?５０?－?Ｉ?—??｜?４０?－?＿／＾?／?－３０?＾??卜，Ｚ／?．Ｊ??ｏ?－?－
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2894210