菠萝皮渣中纤维素成分的提取和作为染料吸附剂的改性研究

论文摘要

研究了菠萝皮渣中纤维素成分的提取和分离,运用正交试验设计方法分别优化了碱提醇沉法和超声波辅助法提取菠萝皮渣中半纤维素粗多糖的工艺路线,同时在这个路线中制备出菠萝皮渣纤维素和半纤维素多糖;利用二乙基氨基乙基纤维素（OH-）（DEAE-Cellulose（OH-））柱层析对所分离的菠萝皮渣半纤维素粗多糖进行纯化,并对所得到的聚戊糖纯化成分进行了性质分析和比较。正交试验所确定的碱提醇沉法提取条件为:时间2h、碱浓度7%、固液比1︰10、温度40℃,此时半纤维素粗多糖得率为41.3%,聚戊糖含量为73%;超声波辅助提取法的最佳工艺条件是:超声功率160W、超声时间90min、碱液浓度2%、碱提温度25℃,菠萝半纤维素粗多糖提取率为45.3%,菠萝皮聚戊糖的纯度72.3%;半纤维素粗多糖通过DEAE-Cellulose（OH-）柱层析纯化后得到三种半纤维素多糖成分,其聚戊糖的含量分别为3.3%、78.6%和67.9%。理化分析表明三种多糖成分均基本不含淀粉、蛋白质和核酸,均具有典型的红外吸收图谱;对柱层析得到的半纤维素多糖-Ⅱ再经过GPC后得到两种纯化组分,其中两种组分的峰值分子量Mp分别为93468D和9042D,重均分子量Mw分别为166889D和11837D。本论文的另一个主要研究是,对菠萝皮渣、冠芽渣和果肉渣进行醚化和胺化的改性,并将改性产物应用为染料废水的吸附剂,对比研究了三种改性产物对直接大红4B、活性深蓝B和还原黄G染料液的吸附特点和吸附条件,通过红外光谱和扫描电镜分析了改性前后的变化;同时,研究了菠萝皮渣纤维素改性产物的吸附机理和吸附热力学性质,并通过红外光谱、X射线衍射、DSC分析和扫描电镜对比了改性前后菠萝皮渣纤维素的性质变化。结果表明:改性后的菠萝皮渣、冠芽渣和果肉渣对染料的吸附作用显著提高。三种改性产物吸附染料的速度从高到低依次是改性菠萝冠芽渣、改性皮渣和改性果肉渣,三种染料的被吸附从易到难依次是直接大红4B、活性深蓝B和还原黄G,改性皮渣对这三种染料吸附适宜pH范围依次是直接大红4B pH4～10,活性深蓝B pH2～6,还原黄G pH2～9;红外光谱图中相应基团的变化和扫描电镜图中显示的表面形态变化说明可能发生了醚化和胺化的改性反应。菠萝皮渣改性纤维素对染料的吸附符合拉格朗日假二级吸附模型,吸附属于化学吸附,且升高温度有利于吸附反应;其等温吸附过程符合Freundlich等温吸附模型;热力学参数表明改性纤维素的吸附是一个可以自发进行的熵变增大的吸热过程。皮渣纤维素改性前后的性质分析和结构表征说明:改性后的菠萝皮渣纤维素的耐热性提高,但改性前后的结晶度基本不变,红外光谱图中相应基团的变化和扫描电镜图中显示的表面形态变化说明菠萝皮渣纤维素可能发生了醚化和胺化的改性反应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 菠萝的研究进展
• 1.1.1 菠萝概述
• 1.1.2 菠萝皮综合利用现状
• 1.2 纤维素类物质
• 1.2.1 概述
• 1.2.3 纤维素类物质的提取
• 1.3 纤维素的改性
• 1.3.1 纤维素的活化
• 1.3.2 纤维素的化学改性
• 1.3.3 纤维素的接枝共聚改性
• 1.4 纤维素基染料吸附剂的研究进展
• 1.4.1 染料废水
• 1.4.2 染料废水的处理方法和特点
• 1.4.3 作为染料吸附剂的改性纤维素
• 1.5 本课题的研究意义和研究内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 菠萝皮渣纤维素成分的分离提取
• 引言
• 2.1 实验材料和设备
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 菠萝各部位中纤维素类成分的测定
• 2.2.2 菠萝皮渣中纤维素成分提取的技术路线
• 2.2.3 菠萝半纤维素多糖得率和纯度的测定
• 2.2.4 菠萝皮渣碱提醇沉方法分离菠萝皮渣中纤维素类成分
• 2.2.5 超声波辅助提取菠萝皮渣中半纤维素多糖
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 菠萝皮渣中化学成分分析
• 2.3.2 碱提醇沉法分离菠萝皮渣中的纤维素成分
• 2.3.3 菠萝皮渣中的半纤维素超声波辅助提取
• 2.4 本章小结
• 第三章 菠萝皮渣半纤维素多糖的纯化和性质研究
• 引言
• 3.1 实验材料和设备
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 试验试剂
• 3.1.3 实验设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 菠萝皮渣半纤维素多糖纯化的技术路线
• 3.2.2 菠萝皮渣半纤维素粗多糖的DEAE-Cellulose （OH-）柱层析
• 3.2.3 菠萝皮渣半纤维素理化分析
• 3.2.4 菠萝皮渣半纤维素多糖-2 的凝胶过过滤色谱（GPC）分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 半纤维素多糖DEAE- Cellulose （OH-）柱层析
• 3.3.2 半纤维素多糖纯化组分的理化性质结果
• 3.3.4 菠萝皮渣各种纤维素成分的红外分析
• 3.3.5 菠萝皮渣半纤维素多糖-2 的GPC分析结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 菠萝各部位和成分改性及染料吸附研究
• 引言
• 4.1 实验材料和设备
• 4.1.1 原材料
• 4.1.2 实验试剂
• 4.1.3 实验设备
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 改性工艺
• 4.2.2 菠萝皮渣改性产物对染料的吸附研究
• 4.2.3 菠萝皮渣、冠芽渣和果肉渣改性产物吸附染料的对比研究
• 4.2.4 菠萝皮渣、菠萝皮渣纤维素和半纤维素改性产物吸附染料的对比研究
• 4.2.5 菠萝皮渣改性产物的红外光谱分析
• 4.2.6 菠萝冠芽渣改性前后的扫描电镜分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 菠萝皮渣成分改性前后的吸附对比试验
• 4.3.2 菠萝皮渣改性产物的染料吸附结果
• 4.3.3 菠萝皮渣、冠芽渣和果肉渣改性产物吸附染料的对比研究
• 4.3.4 菠萝皮渣、皮渣纤维素和皮渣半纤维素改性产物染料吸附对比
• 4.3.5 菠萝皮渣改性前后的红外光谱分析
• 4.3.6 菠萝冠芽渣改性前后的扫描电镜图
• 4.4 本章小结
• 第五章 改性菠萝皮渣纤维素吸附机理和结构表征
• 引言
• 5.1 实验材料和设备
• 5.1.1 原材料
• 5.1.2 实验试剂
• 5.1.3 实验设备
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 菠萝皮渣纤维素的改性工艺路线
• 5.2.2 改性菠萝皮渣纤维素的吸附动力学
• 5.2.3 改性菠萝皮渣纤维素的等温吸附曲线
• 5.2.4 改性菠萝皮渣纤维素的结构表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 改性菠萝皮渣纤维素在不同温度下的吸附动力学
• 5.3.2 改性菠萝皮渣纤维素的吸附动力学曲线拟合
• 5.3.4 改性菠萝皮渣纤维素的等温吸附线
• 5.3.5 改性菠萝皮渣纤维素的结构表征
• 5.4 本章小结
• 结论和展望
• 一、结论
• 二、展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢