构树皮生物法制浆的反应历程研究

论文摘要

用韧皮纤维作原料进行生物法制浆，已成为近年来造纸工业清洁生产研究的一大热点。本文对杂交构树皮生物法制浆的反应历程进行研究，首先通过条件实验利用其成浆过程中聚戊糖、果胶、木素含量等组成成分的变化进行了分析，以找到不同酶用量、温度、pH值下酶处理的作用效果，对其不同影响因素进行分析；其次探讨了不同时间下各个组分的含量变化，以及对酶处理前后木素、果胶以及纤维形态的变化进行对比与分析。实验选定果胶酶为构树皮生物制浆的活性酶，采用单因素实验与正交实验结合的方法确定其生物制浆的最佳工艺条件。结果表明，当酶用量1‰，温度50℃，体系pH为4时，可取得理想的成浆效果。在此工艺条件下，戊聚糖含量从10.05%下降到7.83%，下降了2.22%；果胶含量从8.86%下降到3.13%，果胶去除率达到64.67%；卡伯值从初始的29.51下降到19.23，下降了11.28。在实验室选定条件范围内的外界因子下，温度的三个水平所导致的果胶脱除率的差异最大，即温度的影响是最大的，其次是pH值，影响最小的是酶用量。通过对构树皮酶法脱除果胶的反应历程研究，对其不同作用时间下的聚戊糖、果胶含量，以及卡伯值的测定，可以得出：在反应的前30min，果胶脱除率较少，从8.86%下降到7.75%，只下降了1.11%，而在30min～120min是大量除果胶阶段，在此过程中果胶含量从7.75%下降到3.66%，脱除了总脱除量的69.91%，而在120min～300min时，果胶含量只下降了0.65%。同样，在30min～120min时，卡伯值下降程度也比较大，而只有聚戊糖含量下降比较少，仅仅下降了2.22%。从对酶处理前后浆料的纤维形态观察图可以看出，酶处理脱除大部分果胶，但是仍有少部分残余，这可能是由于果胶酶的单一选择性；从果胶红外谱图可以看出，酶处理使果胶中甲氧基有一定程度的脱除；从对木素的结构分析可知，原料中的木素和残余木素结构发生变化，说明酶处理的过程中木素中可能有羟基缩合成醚键的反应，且可能木素发生氧化反应，生成新的共轭羰基。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 构树及构树皮概况
• 1.1.1 构树的生境及生物学特性
• 1.1.2 构树皮纤维形态特征
• 1.1.3 构树皮的化学组成分析
• 1.1.4 杂交构树
• 1.1.4.1 构树在我国的种植和发展状况
• 1.1.4.2 杂交构树的特点
• 1.1.4.3 杂交构树的发展前景
• 1.2 构树皮制浆的现状
• 1.2.1 化学法
• 1.2.2 生物法
• 1.2.3 构树皮制浆的优点
• 1.2.4 开发构树皮造纸的意义
• 1.2.5 利用构树皮制浆造纸的现实性
• 1.3 生物法制浆
• 1.3.1 生物制浆的方法
• 1.3.1.1 发酵浸渍法制浆
• 1.3.1.2 酶法制浆
• 1.3.2 生物制浆机理
• 1.4 构树皮生物制浆当前发展动态
• 1.4.1 我国构树皮生物制浆现状
• 1.4.2 国外构树皮生物制浆研究概况
• 1.5 本论文的内容与目的
• 1.5.1 内容
• 1.5.2 目的
• 1.5.3 论文来源
• 第二章 实验
• 2.1 实验仪器及药品
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验药品
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 酶活测定
• 2.2.1.1 测定方法
• 2.2.1.2 结果的计算
• 2.2.1.3 结果的允许差
• 2.2.2 酶处理构树皮
• 2.2.2.1 预处理
• 2.2.2.2 酶解
• 2.2.3 最佳条件确定
• 2.2.3.1 酶用量确定
• 2.2.3.2 构树皮最佳成浆 PH 实验
• 2.2.3.3 构树皮最佳成浆温度实验
• 2.2.3.4 最优回归方程的确定
• 2.2.4 组分含量测定
• 2.2.4.1 聚戊糖含量测定
• 2.2.4.2 果胶含量测定
• 2.2.4.3 卡伯值测定
• 2.2.5 纤维形态观察
• 2.2.6 果胶结构研究
• 2.2.7 木素结构研究
• 2.2.7.1 木素的制备
• 2.2.7.2 木素的提纯
• 2.2.7.3 木素的乙酰化
• 2.2.7.4 木素红外谱图
• 2.2.7.5 木素核磁共振谱图
• 2.2.8 反应历程研究
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 酶处理构树皮最佳条件的确定
• 3.1.1 酶活性测定
• 3.1.2 单因素实验
• 3.1.2.1 酶用量对处理效果的影响
• 3.1.2.1.1 酶用量对果胶含量的影响
• 3.1.2.1.2 聚戊糖含量变化
• 3.1.2.1.3 卡伯值变化
• 3.1.2.2 PH 值对酶处理效果的影响
• 3.1.2.2.1 果胶含量变化
• 3.1.2.2.2 聚戊糖含量变化
• 3.1.2.2.3 卡伯值变化
• 3.1.2.3 温度对酶处理效果的影响
• 3.1.2.3.1 果胶含量变化
• 3.1.2.3.2 聚戊糖含量变化
• 3.1.2.3.3 卡伯值变化
• 3.2 多元线性回归实验结果设计与分析
• 3.2.1 多元线性回归实验结果
• 3.2.2 构建多元线性正交回归设计的回归模型
• 3.2.3 回归模型的显著性检验与分析
• 3.2.3.1 回归系数的显著性检验结果
• 3.2.3.2 回归方程的显著性检验结果
• 3.2.3.3 偏回归系数及检验结果
• 3.2.3.4 回归模型的描述
• 3.3 酶处理前后浆料对比分析
• 3.3.1 纤维形态观察
• 3.3.2 果胶红外谱图分析
• 3.3.3 木素红外谱图分析
• 3.3.4 木素核磁共振谱图分析
• 3.4 酶处理构树皮反应历程
• 3.4.1 体系 PH 值的变化
• 3.4.2 浆中果胶的脱除情况
• 3.4.3 浆中聚戊糖含量的变化
• 3.4.4 卡伯值的变化
• 3.4.5 果胶脱除效果与木素脱除率的关系
• 3.5 反应级数判断
• 3.6 反应活化能的计算
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录