竹材硬头簧细胞壁主要成分的分离、结构表征及全组分化学改性研究

论文摘要

基于生物质精炼的概念,本研究将竹材硬头簧（Bambusa rigida）作为研究对象,分别开展了不同碱介质对于竹材原料主要成分的的分离,并对主要成分半纤维素和木素的物理化学特征进行了表征;以竹材硬头簧的综纤维素作为研究对象,分别连续提取水溶性和碱溶性半纤维素,对其结构进行了详尽的结构分析;对脱脂球磨后的的竹材硬头簧进行全组分均相化学改性,得到了竹材的疏水性衍生物,研究了其结构和物理化学特征,并阐述了改性机理,为进一步进行组分的高值化利用提供理论依据。本论文中的主要研究结论归纳如下:（1）采用不同的碱溶液对脱脂硬头簧竹秆进行木质素分离,结果显示,强碱性介质较弱碱性介质分离的木质素得率高,且能代表木素的结构特征,而弱碱提取的木质素中紫丁香基单元比例含量高,说明弱碱只是选择性地提取了富含紫丁香基单元的木质素结构。湿法化学和光谱学分析表明,碱木素中的紫丁香基单元（S）较愈创木基单元（G）含量为多,且竹材中酯化的对香豆酸含量较高。此外,半定量二维核磁共振技术表明了β-O-4′联结单元占主要部分（70-80%）,另外,其它的化学联结键,像β-β′,β-5′,β-1′仅为少量。（2）通过对竹材硬头簧综纤维素的连续提取得到竹材水溶性和碱溶性的半纤维素,结合湿法化学和波谱手段对其化学结构进行了全面的结构表征,并给出了其化学结构。结果表明,碱溶性的半纤维素分子量较水溶性的为大,且水溶性的半纤维素（H3）的主侧链比例[（1→4）-β-D-木糖:α-L-阿拉伯糖:4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸]是27:2:1,而碱溶性的半纤维素（H5）的此比例是15:1:1。（3）采用不同的碱性介质对竹材半纤维素进行了分离和结构表征。结果显示,强碱（NaOH, KOH, LiOH）较弱碱（NH4OH, TEA, Ca（OH）2, Ba（OH）2）提取的半纤维素得率为高,且分子量较大。此外,波谱分析和化学分析结合证实了竹材碱溶性半纤维素中主要是木聚糖主链,L-阿拉伯糖以α-1,3联结在木聚糖的C-3上,而4-O-甲基-葡萄糖醛酸以α-1,2连接在木糖的C-2上。（4）基于竹材的全溶体系（离子液体全溶体系）,对脱脂球磨后的的竹材进行全组分均相化学改性,得到了高取代的竹材疏水性衍生物,运用各种表征方法研究了其结构和物理化学特征,并阐述了其改性机理和在静电纺丝中的潜在应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 生物质各组分分离和结构鉴定
• 1.1.1 植物细胞壁中半纤维素分离和结构表征
• 1.1.2 植物细胞壁中木素的分离方法和结构分析
• 1.1.3 植物细胞壁中纤维素的分离及结构表征
• 1.2 木质纤维素全溶体系的发展及应用
• 1.2.1 有机溶剂（Organic solvent based）基全溶体系
• 1.2.2 离子液体（Ionic Liquid based）基全溶体系
• 1.3. 生物质各组分转化为材料研究进展
• 1.3.1 纤维素高聚物在离子液体中的功能化
• 1.3.2 半纤维素的功能化改性
• 1.3.3 生物质精炼的相关概念
• 1.4 研究目的和意义
• 1.5 本论文研究内容
• 第二章 竹材硬头簧木质素的分离和结构研究
• 引言
• 2.1 实验和方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 木质素样品的制备
• 2.1.3 木质素的化学分析
• 2.1.4 木质素分子量的测定
• 2.1.5 木质素的波谱方法研究
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 得率和化学成分分析
• 2.2.2 碱性硝基苯氧化分析
• 2.2.3 木质素样品的紫外光谱分析
• 2.2.4 木质素样品的红外光谱分析
• 2.2.5 木质素分子量分析
• 2.2.6 核磁共振分析
• 2.3 结论
• 第三章 脱木素竹材半纤维素的分离和结构研究
• 引言
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 试剂与仪器
• 3.1.3 实验方案
• 3.1.4 半纤维素的湿法化学和波谱分析
• 3.2 结果和讨论
• 3.2.1 半纤维素得率和化学组成
• 3.2.2 分子量测定分析
• 3.2.3 红外光谱分析
• 3.2.4 核磁共振一维和二维图谱分析
• 3.2.5 固体核磁共振图谱（CP-MAS）
• 3.3 结论
• 第四章 不同碱介质下竹材半纤维素的分离和结构研究
• 前言
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 原料
• 4.1.2 试剂与仪器
• 4.1.3 实验方案
• 4.1.4 湿法化学分析和波谱分析
• 4.2 结果和讨论
• 4.2.1 半纤维素的产率和单糖组成
• 4.2.2 半纤维素中的交联木质素和酚类化合物分析
• 4.2.3 半纤维素的红外图谱分析（FT-IR）
• 4.2.4 半纤维素的分子量测定结果
• 4.2.5 半纤维素的核磁图谱分析
• 4.3 结论
• 第五章 离子液体中竹材的均相酯化改性研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 材料和化学品
• 4mim]Cl 中竹粉的溶解'>5.2.2 [C₄mim]Cl 中竹粉的溶解
• 4mim]Cl 中竹粉的酯化'>5.2.3 [C₄mim]Cl 中竹粉的酯化
• 5.2.4 样品的仪器表征
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 竹材月桂酰化衍生物的合成
• 5.3.2 实验参数对反应的影响
• 5.3.3 竹材衍生物的红外光谱分析
• 5.3.4 固体核磁共振图谱分析
• 5.3.5 液体核磁共振图（氢谱和碳谱）分析
• 5.3.6 TGA/DTG（热重）分析
• 5.3.7 XRD 分析
• 5.3.8 SEM 分析
• 5.3.9 离子液体回收的影响
• 5.4 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 作者简介
• 硕士期间发表的相关文章列表