玉米秸稈提取纖維素的研究

毛梅芬

摘要：玉米秸稈是一種可再生的綠色生物質(zhì)能資源，現(xiàn)階段開(kāi)發(fā)利用率較低。本文以玉米秸稈為原料提取纖維素，對(duì)各影響因素進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：進(jìn)行纖維素提取時(shí)，最佳提取條件為NaOH的濃度為6%，溫度為80℃，H2O2的濃度為0.7%。本實(shí)驗(yàn)對(duì)玉米秸稈的高效綜合利用具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：纖維素;玉米秸稈;提取

我國(guó)每年玉米秸稈的產(chǎn)量約2億噸[13]，玉米秸稈大多用于秸稈還田、畜牧飼料，還有的直接焚燒，不僅造成資源浪費(fèi)，而且還污染環(huán)境。近年來(lái)，玉米秸稈的回收利用逐漸得到社會(huì)的重視，把玉米秸稈作為一種化工原料進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，對(duì)于提高玉米的綜合效益、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有很好的示范意義。

玉米秸稈含有大量的纖維素等天然高分子物質(zhì)，是一種綠色的生物質(zhì)資源，利用價(jià)值較高，從玉米秸稈提取纖維素替代部分化工產(chǎn)品，不僅可以變廢為寶，而且還可以減少石油化工原料的消耗，促進(jìn)整個(gè)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。本文以玉米秸稈為原料，首先用甲苯和乙醇對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，然后對(duì)玉米秸稈中纖維素的提取工藝條件進(jìn)行研究，探究了NaOH的濃度、溫度及H2O2的濃度等實(shí)驗(yàn)因素對(duì)纖維素提取的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

主要材料：玉米秸稈、蒸餾水、甲苯、乙醇、鹽酸、氫氧化鈉、雙氧水。

儀器：電熱鼓風(fēng)干燥箱，高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，恒溫水浴鍋。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 玉米秸稈的預(yù)處理

把玉米秸稈用蒸餾水沖洗擠壓然后瀝干，放置于120℃烘箱中干燥24h，用粉碎機(jī)粉碎過(guò)40目篩，加甲苯和乙醇（v∶v=2∶1）混合液，沸水浴6h;乙醇洗滌，抽濾，加0.1mol/L鹽酸，85℃水浴攪拌2h，除水溶性多糖，抽濾，烘干備用。

1.2.2 纖維素提取

取適量的預(yù)處理好后的玉米秸稈粉末，按照料液比為1∶30的配比，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、2%、4%、6%、8%的NaOH溶液和含量分別為0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%的H2O2的混合液處理，在分別為50℃、60℃、70℃、80℃、90℃的溫度下攪拌2h，過(guò)濾，用蒸餾水充分洗滌濾渣直到溶液達(dá)到中性，干燥后就得到了玉米秸稈纖維素。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 NaOH的濃度對(duì)纖維素提取含量的影響

隨著NaOH濃度的升高，纖維素提取含量也逐漸增加。這是由于NaOH可破壞纖維素聚集狀態(tài)，而且纖維素的潤(rùn)脹度也會(huì)隨著NaOH濃度的升高而逐漸提高，并且NaOH的擴(kuò)散進(jìn)入會(huì)使纖維素潤(rùn)脹而逐步溶解，因此纖維素的提取含量會(huì)隨NaOH濃度的升高而升高。但NaOH濃度過(guò)高也不利于纖維素的溶解，這是因?yàn)殡S著溶液中金屬離子的不斷升高，會(huì)使溶液的潤(rùn)脹度降低。同時(shí)，高濃度的堿性溶液會(huì)使纖維素降解。由圖1可以看出，NaOH的濃度應(yīng)當(dāng)控制在6%。

2.2 溫度對(duì)纖維素提取含量的影響

由圖2可以看出，隨著溫度的升高，纖維素的提取含量呈現(xiàn)出了先增加后減少的趨勢(shì)。這是因?yàn)闇囟仍龈邔?dǎo)致NaOH溶液黏度變小，促使纖維素溶出。但溫度不斷升高，纖維素會(huì)發(fā)生降解，導(dǎo)致纖維素提取含量降低。因此，為了使纖維素減少因?yàn)榻到庠斐傻膿p失，溫度應(yīng)當(dāng)控制在80℃。

2.3 H2O2對(duì)纖維素提取含量的影響

由圖3可以看出，隨著H2O2用量的增加，纖維素提取含量呈現(xiàn)出了先增加后緩慢下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)檫m量的H2O2在堿性介質(zhì)中既可以促進(jìn)木質(zhì)素的脫除，又可以促進(jìn)半纖維素的脫除。但當(dāng)H2O2過(guò)量時(shí)，纖維素會(huì)發(fā)生降解，造成纖維素提取含量的下降。因此H2O2的濃度應(yīng)控制在0.7%。

3 結(jié)語(yǔ)

玉米秸稈中的纖維素是一種十分重要的可再生資源，但由于玉米秸稈成分復(fù)雜，纖維素的提取分離效率不高。堿性雙氧水法是一種比較簡(jiǎn)便高效的提取方法。以后還需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更簡(jiǎn)潔高效、綠色的分離技術(shù)和工藝，以實(shí)現(xiàn)纖維素的工業(yè)化生產(chǎn)和在其他領(lǐng)域的規(guī)?；?、高效率化利用。

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