核桃壳树脂化基础研究

论文摘要

随着石化资源的日益短缺,可再生性木质生物质资源的化学利用越来越受到世界各国的普遍关注。核桃壳作为一种资源丰富的林果废弃物,目前一般当作燃料燃烧,其利用价值既低,又污染环境。本论文是基于无二次污染的核桃壳全壳树脂化利用的思想前提下,在对漾濞泡核桃（Juglans Sigillata Dode）的核桃壳作为树脂化原料的原料背景特性进行研究,获得核桃壳化学组分特性、微观结构特性、物理化学特性的基础上,进一步对核桃壳的主成分——木质素、纤维素和半纤维素的特性展开研究;在获得较为全面的核桃壳及其主成分原料背景特性的基础上,分别着重对核桃壳及其主成分的树脂化前处理——液化过程进行详细深入的研究,并首次将液化时间提前至5min内、延长至120min进行跟踪研究,探讨在浓硫酸（苯酚重量的3%）催化、液化温度120℃、苯酚与核桃壳粉（或其主成分）重量比3/1的条件下、不同液化时间时的液化产物体系重要指标变化,利用物理方法、化学方法和现代仪器分析方法(FTIR、1H-NMR、13C-NMR、GPC及DSC)跟踪检测了液化体系的宏观物理指标残渣率、化学活性指标游离酚与可被溴化物含量、化学基团、化学结构、分子量特征等指标,揭示了核桃壳中各主成分（木质素、纤维素、半纤维素）的可能液化途径及在进一步树脂化中的可能作用,首次对苯酚在液化过程中的作用作了比较全面的分析、评判,并创新性地提出了核桃壳液化过程模型;最后对核桃壳木质素的树脂化能力和核桃壳的树脂化及树脂化产品性能进行了验证性研究。通过研究,本论文得到如下结论: （1）核桃壳的化学成分特性:核桃壳中木质素占56.65%（酸不溶木质素53.81%、酸溶木质素2.84%）,纤维素占22.06%,多戊聚糖占19.90%,冷、热水、1%NaOH抽出物分别为8.62%、11.04%和37.65%;核桃壳的主要元素是C、H、O、N、S等,并含有钙、镁、铁、硅、磷等微量元素;核桃壳糖分含量为11.99%。 （2）核桃壳的微观结构:与木材大不相同,基本无纤维细胞,无束状纤维,核桃壳细胞是高度木质化的石细胞。 （3）核桃壳木质素的基本特性:C、H、O含量分别为[C]=67.15%,[H]=5.73%,[O]=27.12%,甲氧基含量为18.19%;C9经验式为C9H9.22O1.99（OCH3）1.05,其C9单元结构的相对分子量为181.61;核桃壳木质素属GS型木质素,其中G型木质素占80.68%;酚羟基(OHph)和脂肪族羟基(OHaliph)分别占总羟基数的32.21%和67.79%;存在较多的β-O-4、β-5和β-β结构;重均分子量22521,数均分子量8758,分散度2.57。 （4）核桃壳纤维素的基本特性:FTIR特征与山毛榉纤维素的FTIR特征基本相同,具有典型纤维素的特点;相对结晶度为94.00%,略低于山毛榉。 （5）核桃壳半纤维素的特性:木聚糖含量较多;核桃壳半纤维素的主链是由β-D-吡喃式木糖基以1→4苷键连接而成,4-O-甲基-α-D-吡喃式葡萄糖醛酸基联接于主链木糖基的C2上。 （6）核桃壳的物理化学特性:密度1.07g/cm3;呈弱酸性,pH值均<6;酸缓冲容量和碱缓冲容量分别为4.92mL和10.68mL;可被溴化物含量为7.00%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 国内外木质生物原料特性研究现状
• 1.1.2 国内外木质生物原料液化研究现状
• 1.1.3 国内外木质生物原料树脂化利用的现状
• 1.1.4 核桃壳资源及其利用现状
• 1.2 本论文研究的目的、意义
• 2 核桃壳的原料特征
• 2.1 核桃壳的化学成分
• 2.1.1 试验原料
• 2.1.2 试验设备和仪器
• 2.1.3 试验方法
• 2.1.4 结果与讨论
• 2.2 核桃壳的元素组成
• 2.2.1 分析原料
• 2.2.2 分析方法及设备
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.3 核桃壳的显微结构
• 2.3.1 试验原料与方法
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.4 核桃壳主成分的特性
• 2.4.1 核桃壳木质素的特性
• 2.4.2 核桃壳纤维素的基本特性
• 2.4.3 核桃壳半纤维素的基本特性
• 2.5 核桃壳pH值与缓冲容量分析
• 2.5.1 试验原料
• 2.5.2 试验方法
• 2.5.3 结果与讨论
• 2.6 核桃壳原料的其他特性
• 2.6.1 核桃壳原料的密度
• 2.6.2 核桃壳原料的糖分含量
• 2.6.3 核桃壳原料的可被澳化物含量
• 2.7 本章小结
• 2.7.1 核桃壳的化学成分特性
• 2.7.2 核桃壳的微观结构
• 2.7.3 核桃壳木质素的基本特性
• 2.7.4 核桃壳纤维素的基本特性
• 2.7.5 核桃壳半纤维素的特性
• 2.7.6 核桃壳的物理化学特性
• 3 核桃壳树脂化前处理的基础背景研究
• 3.1 试验材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 液化过程中宏观物理指标的变化
• 3.2.2 液化过程中化学活性的变化
• 3.2.3 液化过程中基团的变化
• 3.2.4 液化过程中化学结构的变化
• 3.2.5 液化过程中分子量特征的变化
• 3.2.6 核桃壳纤维素液化过程中结晶度的变化
• 3.2.7 核桃壳液化过程机理分析
• 3.3 本章小结
• 3.3.1 核桃壳及其主成分液化过程中宏观物理指标的变化
• 3.3.2 核桃壳及其主成分液化过程中化学活性的变化
• 3.3.3 核桃壳及其主成分液化过程中基团的变化
• 3.3.4 核桃壳及其主成分液化过程中化学结构的变化
• 3.3.5 核桃壳及其主成分液化过程中分子量特征的变化
• 3.3.6 核桃壳纤维素液化过程中结晶度的变化
• 3.3.7 核桃壳液化过程机理分析
• 4 核桃壳树脂化的验证研究
• 4.1 核桃壳木质素树脂化的初步研究
• 4.1.1 试验材料与方法
• 4.1.2 结果与讨论
• 4.2 核桃壳树脂化的验证研究
• 4.2.1 试验材料与方法
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 4.3.1 核桃壳木质素的树脂化
• 4.3.2 核桃壳的树脂化
• 5 结论
• 5.1 核桃壳的原料特性
• 5.1.1 核桃壳的化学成分特性
• 5.1.2 核桃壳的微观结构
• 5.1.3 核桃壳木质素的基本特性
• 5.1.4 核桃壳纤维素的基本特性
• 5.1.5 核桃壳半纤维素的特性
• 5.1.6 核桃壳的物理化学特性
• 5.2 核桃壳树脂化前处理的基础背景研究
• 5.2.1 核桃壳及其主成分液化过程中宏观物理指标的变化
• 5.2.2 核桃壳及其主成分液化过程中化学活性的变化
• 5.2.3 核桃壳及其主成分液化过程中基团的变化
• 5.2.4 核桃壳及其主成分液化过程中化学结构的变化
• 5.2.5 核桃壳及其主成分液化过程中分子量特征的变化
• 5.2.6 核桃壳纤维素液化过程中结晶度的变化
• 5.2.7 核桃壳液化过程机理分析
• 5.3 核桃壳树脂化的验证研究
• 5.3.1 核桃壳木质素的树脂化
• 5.3.2 核桃壳的树脂化
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读学位期间的科研课题及成果
• 攻读学位期间的教学研究课题
• 致谢
• 个人简历
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书