棉籽壳制备木糖的水解过程研究

论文摘要

D-木糖作为一种重要的化工原料,近年来广泛应用于医药与食品等行业,在国内外的需求逐年增长。目前工业上普遍采用化学法生产木糖。即在一定的温度压力下,在稀酸催化下,由富含半纤维素的农产品废料,如玉米芯、甘蔗渣或棉籽壳,发生水解反应得到木糖水解液。水解液通过纯化除去杂质,经过蒸发浓缩,最终结晶得到木糖晶体。当前国内外曾见以玉米芯、甘蔗渣、花生壳、稻壳、椰壳和麦秆为原料生产木糖的研究报道,而以棉籽壳为原料制备木糖的报道并不多见。在新疆大量的棉籽壳资源的背景下,以提高其经济效益为出发点,本论文主要针对棉籽壳水解过程进行实验优化,研究比较不同的催化剂的催化效果,探求最优工艺条件。水解液再经脱酸、脱色、浓缩、结晶,最终得到木糖晶体成品。主要内容包括:首先,采用正交实验和单因素实验结合的方法,对硫酸催化水解棉籽壳的过程进行工艺参数的优化。结果表明木糖收率较为理想的实验条件为固液比1:15,H2SO4质量浓度2%,反应时间为2h。在此条件下木糖收率高达22.82% （按棉籽壳原料质量计）。进一步,实验中选取了不同催化剂,考察了其对棉籽壳半纤维素水解过程的影响,采用正交实验和单因素实验结合的方法对盐酸和草酸水解条件进行了优化,通过实验结果比较三种催化剂的可行性。最后,尝试以棉籽壳作为制备木糖的原料,采用中和脱酸法生产工艺,将水解液纯化后,用乙醇作为溶析剂,采用溶析和冷却结晶法结晶制备木糖晶体。通过对制备出的产品进行熔点测定、红外光谱分析,确定了其晶体熔点为144～146℃,具备木糖的红外光谱特征。证明此晶体为木糖晶体。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 棉籽壳资源开发利用现状及前景
• 1.1.2 棉籽壳纤维基本结构
• 1.2 木糖概述
• 1.2.1 木糖的性质与用途
• 1.2.2 木糖产品的质量指标
• 1.2.3 木糖生产工艺
• 1.2.4 国内外木糖工业发展概况
• 1.3 水解过程研究现状
• 1.3.1 水解机理
• 1.3.2 水解液中木糖测定方法
• 1.3.3 水解过程国内外研究进展
• 1.4 结晶过程简介
• 1.5 本论文研究内容
• 第二章 稀硫酸法木糖水解液的制备
• 2.1 实验仪器和药品
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 分光光度法测定木糖标准曲线
• 2.3.2 实验步骤
• 2.3.3 分光光度测定—基本实验法
• 2.3.4 水解过程中催化剂的必要性
• 2.3.5 棉籽壳脱絮对木糖收率的影响
• 2.4 预处理条件优化
• 2.4.1 预处理固液比的影响
• 2.4.2 预处理时间的影响
• 2.5 稀硫酸水解过程优化
• 2.5.1 固液比的影响
• 2.5.2 酸浓度的影响
• 2.5.3 水解时间的影响
• 2.5.4 正交试验
• 2.5.5 水解液的定性分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 其他催化剂制备木糖水解液
• 3.1 盐酸水解
• 3.1.1 固液比的影响
• 3.1.2 酸浓度的影响
• 3.1.3 水解时间的影响
• 3.1.4 正交试验
• 3.2 草酸水解
• 3.2.1 固液比的影响
• 3.2.2 酸浓度的影响
• 3.2.3 水解时间的影响
• 3.2.4 正交试验
• 3.3 对比结果分析与讨论
• 第四章 水解液制备木糖
• 4.1 木糖制备路线
• 4.2 实验步骤与实验原理
• 4.2.1 水解液的制备
• 4.2.2 净化液的脱酸
• 4.2.3 水解液的脱色
• 4.2.4 净化液的浓缩
• 4.2.5 结晶
• 4.2.6 重结晶制备成品
• 4.3 木糖晶体产品的鉴定与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 实验结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文及科研情况说明
• 致谢