农作物秸秆中纤维素的提取

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农作物秸秆中纤维素的提取
张冬玲，汪午
（上海大学环境与化学工程学院环境污染与健康研究所，上海 200444）
摘要：纤维素是农作物秸秆中的重要组成部分，在农作物秸秆燃烧的时候会生成左旋葡聚糖这种大气污染示踪物，测定左旋葡聚糖稳定碳
同位素的比值可以追踪到大气中的污染物的来源，由此可以建立一个大气污染源的稳定碳同位素库。

由于用不同的提取方法得到的纤维素
在产率、纤维素含量和耗时都有不同，本文测试了不同的方法从农作物秸秆中提取纤维素，以纤维素的产率、滴定方法测定的纤维素含量
和耗时长短为衡量标准，确定农作物秸秆中纤维素的提取方法。

关键词：农作物秸秆；纤维素；提取；含量
中图分类号：X17 文献标识码：A 文章编号：2095-672X(2019)03-0255-02
DOI:10.16647/15-1369/X.2019.03.149
Extraction of cellulose from crop straw
Zhang Dongling,Wang Wu
（Institute of Environmental Pollution and Health, School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai university,Shanghai 200444,China）Abstract:Cellulose is an important part of crop straw, will be generated when the crop straw burning sinistral glucan this tracer atmospheric pollution, the determination of sinistral glucan stable carbon isotopic ratio can trace to the source of the atmospheric pollutants, which can build a atmosphere pollution sources of stable carbon isotope library.Due to using different extraction methods of cellulose in production rate, and time-consuming has different cellulose content, this paper test the different methods from crop straw cellulose extracted by cellulose production rate, the titration method to determine the length of the cellulose content and time consuming to measure, determine the extraction methods of crop straw in cellulose.
Key words:Crop straw;Cellulose;Extraction;Content
本文中采用氢氧化钠-亚氯酸钠法、过氧化氢-盐酸法、硝酸-氢氧化钠法、硫酸-过氧化氢法、氢氧化钠-过氧化氢-乙酸/硝酸法和氢氧化钠-硝酸/乙醇法作对比，以纤维素产率和含量作为衡量标准来确定从不同的农作物秸秆中提取纤维素的有效方法。

1 实验部分
1.1 实验材料与仪器
农作物秸秆实验中所用的农作物秸秆取自山东省菏泽市曹县安才楼镇王善庄，采集到的秸秆清洗晒干，切段粉碎后备用。

实验所用试剂硫酸亚铁铵，重铬酸钾，硫酸，醋酸，硝酸，氢氧化钠，过氧化氢，盐酸，均来自上海国药集团化学试剂有限公司。

亚氯酸钠（上海安普实验科技有限公司），乙醇（上海泰坦科技股份有限公司）实验仪器ZNCL-T磁力搅拌器（郑州探索者实验设备有限公司），DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（河南予华仪器有限公司），HH-ZKC二列智能水浴锅（上海羌强仪器设备有限公司），Milli-QGradientA10超纯水机（美国MilliporeInc），SE-600-1F电子天平（奥豪斯仪器有限公司），DHG-9145A电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司），100mm布氏漏斗抽滤装置（上海泰坦科技股份有限公司）1.2 实验方法
1.2.1 纤维素含量测定
用滴定法测定纤维素的含量，在滴定提取得到的纤维素之前先用葡萄糖确定滴定时纤维素的重量的选择。

选择0.005-0.01g的葡萄糖加入10mL0.5N重铬酸钾和8mL浓硫酸沸水中恒温15min，冷却，加入三滴试亚铁灵试剂，用标定后的硫酸亚铁铵滴定（0.1mol/L），做四次滴定取平均值。

得到确定的重量后用微晶纤维素对这个重量加以验证后用于提取得到纤维素含量的测定。

1.2.2 氢氧化钠-亚氯酸钠法
取一定量粉碎后的秸秆粉末加入质量分数5%的氢氧化钠溶液中，液固比为9:1（分别以v/v和v/g加入相应的氢氧化钠溶液）55℃搅拌1.5h，冷却后抽滤至滤液呈中性后60℃烘干；烘干后的粉末以32.5:1（g:v）的液固比加入7.69ml/L的冰醋酸和9.23g/L的亚氯酸钠混合溶液中75℃搅拌1h，冷却后抽滤至滤液显中性，60℃烘干得到秸秆纤维素。

1.2.3 过氧化氢-盐酸法
取一定量粉碎后的秸秆粉末以40:1的液固比加入pH=11.5质量分数为2%的过氧化氢溶液中，室温下反应24h后抽滤至滤液呈中性后60℃烘干；烘干后的粉末以100:1的液固比加入到1mol/L的盐酸溶液中，90℃搅拌40min，冷却后抽滤至滤液呈中性，60℃烘干得到秸秆纤维素。

1.2.4 硝酸-氢氧化钠法
取一定量的秸秆粉末以8:1的液固比加入质量分数为4.5%的硝酸溶液，95℃水浴110min，冷却后抽滤至滤液呈中性，60℃烘干；烘干后的粉末以9:1的液固比加入质量分数为3.5%的氢氧化钠溶液中，90℃水浴90min，冷却后抽滤至滤液呈中性，60℃烘干后得到秸秆纤维素。

1.2.5 硫酸-过氧化氢法
取一定量的秸秆粉末以30:1的液固比加入蒸馏水130℃反应90min，冷却后抽滤至滤液无色，60℃烘干；烘干后的粉末加入质量分数为5%的硫酸溶液，100℃水浴150min，冷却后抽滤至滤液呈中性，60℃烘干；烘干后的粉末加入2:1（v:v）的甲苯/乙醇混合液中60℃搅拌反应6h，冷却后抽滤，60℃烘干；烘干后的粉末加入pH=11.5质量分数为3%的过氧化氢溶液中，50℃搅拌8h，冷却后抽滤至滤液呈中性，60℃烘干后得到秸秆纤维素[23]。

1.2.6 氢氧化钠-过氧化氢-乙酸/硝酸法
取一定量的秸秆粉末2:1（v:v）的甲苯/乙醇混合液索氏抽提6h，取出后抽滤，60℃烘干；烘干后的粉末加入质量分数为2%的氢氧化钠溶液，先在60℃下超声35min，再在60℃下搅拌150min，冷却后抽滤至滤液呈中性，60℃烘干；烘干后的粉末加入pH=11.5质量分数为2%的过氧化氢溶液中，常温放置12h，抽滤至滤液呈中性，60℃烘干；烘干后的粉末以37:1的液固比加入质量分数为80%的乙酸和质量分数为
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环境与发展
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GONGZUOLUNTAN
70%的硝酸混合液（10:1v:v）中，100℃水浴15min，冷却后抽滤至滤液呈中性，60℃后得到秸秆纤维素。

1.2.7 氢氧化钠-硝酸/乙醇法
取一定量的秸秆粉末以11:1的液固比加入质量分数为10%的氢氧化钠溶液，100℃下水浴90min，冷却后抽滤至滤液呈中性，60℃烘干；烘干后的粉末以25:1的液固比加入硝酸/乙醇混合溶液（1:4v:v）中，回流提取3-4次，冷却后抽滤至滤液呈中性，60℃后得到秸秆纤维素。

2 结果分析
2.1 滴定时纤维素重量选择
选用50mL 的酸式滴定管测定纤维素的含量，在选用50m 的滴定管时消耗的滴定液含量最好要控制在40mL 以上，用不同重量的葡萄糖来对比所消耗的滴定液的体积，结果见表1。

从表中可以看出当选用0.005g 葡萄糖进行滴定时消耗的滴定液体积大于40mL，故在后期的滴定实验中选用的重量为0.005g
表1 不同重量葡萄糖消耗滴定液体积
重量g 体积mL 0.005420.006400.007390.008380.009370.01
35
2.2 纤维素产率比较
以纤维素的产率为衡量标准，比较上述六种方法，结果见表2。

从表中可以看出在这六种方法中过氧化氢-盐酸法的产率最高，为41.72%。

该方法得到的纤维素产率明显高于其他物种方法，但也不排除使用该方法提取得到的纤维素中残留有木质素和半纤维素的可能性。

表2 不同提取方法纤维素产率对比
序号方法
产率2氢氧化钠-亚氯酸钠法38.60%3过氧化氢-盐酸法41.72%4硝酸-氢氧化钠法36.10%5硫酸-过氧化氢法
30.23%6氢氧化钠-过氧化氢-乙酸/硝酸法
22.26%7
氢氧化钠-硝酸/乙醇法
28.07%
2.3 纤维素含量的比较
表3 不同提取方法纤维素含量对比
序号方法
含量2氢氧化钠-亚氯酸钠法86.65%3过氧化氢-盐酸法87.32%4硝酸-氢氧化钠法88.25%5硫酸-过氧化氢法
95.45%6氢氧化钠-过氧化氢-乙酸/硝酸法
84.69%7
氢氧化钠-硝酸/乙醇法
83.74%
用滴定法测定用不同方法提取得到的纤维素的含量，结果如表3。

从表中可以看出只有硫酸-过氧化氢法提取得到的纤维素的含量高于
90%，对比提取方法可以看出只有硫酸-过氧化氢法中加入了高温蒸汽爆破的操作。

由此可推测在提取过程中加入蒸汽爆破可以有效的提高纤维素的纯度。

2.4 提取消耗时间对比
在用六种不同的方法提取纤维素的时候，所用的时间也存在差别，结果见表4。

从表中可以看到这六种提取方法所消耗的时间各不相同。

氢氧化钠-亚氯酸钠法所用的时间最短，2.5h；而过氧化氢-盐酸法所用的时间最长，24.5h，这个方法中耗时最长的为过氧化氢处理，需在常温下放置24h；另外加入了蒸汽爆破的过氧化氢-盐酸法耗时18h，也是由于过氧化氢处理消耗了8h。

表4 不同提取方法耗时对比
序号方法
时间2氢氧化钠-亚氯酸钠法 2.5h 3过氧化氢-盐酸法24.5h 4硝酸-氢氧化钠法 3.3h 5硫酸-过氧化氢法
18h 6氢氧化钠-过氧化氢-乙酸/硝酸法
21.5h 7
氢氧化钠-硝酸/乙醇法
5.5h
3 结论
以纤维素的组成单元葡萄糖为底物，比较不同重量的葡萄糖消耗滴定液的体积，得到适用于实验用酸式滴定管体积的葡萄糖量为0.005g，以该重量做纤维素的滴定实验。

以不同的方法从收获后废弃的农作物秸秆中提取纤维素，从纤维素产率、纤维素含量和消耗时间三个方面作对比。

硫酸-过氧化氢法加入了蒸汽爆破得到的纤维素的含量高于90%，但耗时较长，18h。

其他五种方法提取得到纤维素的含量都低于90%，耗时也长短不一。

可以将硫酸-过氧化氢法中的蒸汽爆破结合到其他方法中，从而找到耗时短所得纤维素含量高的提取方法。

参考文献
[1]王立华,王永利,赵晓胜,韩正.秸秆纤维素提取方法比较研究[J].中国农学通报,2013,29(20):130-134.
[2]高阳,刘四新.纤维素生物技术的研究进展[J].International conferenceon biomass ener gytechnologies,2008(12):3-5.
[3]叶代勇,黄洪,傅和青,陈焕钦.纤维素化学研究进展[J].化工
学报,2006(08):1782-1791.
[4]黄金保,刘朝,魏顺安,黄晓露,李豪杰.纤维素热解形成左旋葡聚糖机理的理论研究[J].燃料化学学报,2011,39(08):590-594.
收稿日期：2019-01-08
作者简介：张冬玲（1991-），女，汉族，研究生，研究方向为大气污染源解析。