有机溶剂法纯化稻草碱木质素的研究

有机溶剂法纯化稻草碱木质素的研究

YANG Y Q

杨益琴,李忠正

(南京林业大学化工学院,江苏南京210037)

摘 要: 采用有机溶剂法纯化稻草碱木质素,研究了不同有机溶剂体系对稻草碱木

质素纯化得率及纯化产品化学组成的影响,确定了适宜的有机溶剂体系及纯化工艺

条件。实验结果表明:丙酮-水混合溶剂为最佳的溶剂体系,丙酮-水6 4(v/v)时,纯

化所得碱木质素的得率为85 2%,产品中木质素的含量达44 86%,糖含量下降了

76 86%,灰分含量下降了20 87%。

关键词: 稻草;有机溶剂;木质素;纯化中图分类号:TQ 351.36+5 文献标识码:A 文章编号:0253-2417(2000)04-0040-05

木质素是由苯基丙烷单元所组成的高分子化合物,是一种仅次于纤维素的丰富的天然有机资源,广泛存在于木材及禾本科植物中。目前由于石油和煤炭资源的日渐匮乏,人们对造纸废液中的工业木质素的利用产生了浓厚的兴趣。

工业木质素来源广泛,价格低廉,对人体及动物基本无毒,但粗碱木质素中,除了木质素成分外,还含有大量的糖类及灰分,这些物质的存在对木质素的存放及使用都会产生不良影响。如其中糖的存在,粗木质素存放时易吸潮;用作混凝土添加剂,由于缓凝使早期强度偏低;在合成胶粘剂中,对胶粘剂粘结强度及固化时间均有不同程度的影响。为了提高木质素的性能,需对粗碱木质素进行纯化。

常用的纯化方法为酸中和沉淀法[1]

,但由于该方法酸消耗量大且难以回收,而造成二次污染,同时纯化所得木质素仍含较多灰分。有机溶剂纯化木材木质素,已有报道的Lunquist 的液-液抽提法[2~4]和95%的二氧六环水溶液-乙醚法[5],这两种方法步骤较多,操作麻烦,而且溶剂消耗量大,纯化得率较低,所以这两种方法纯化的木质素多用于结构分析。本研究采用有机溶剂纯化法对稻草碱木质素进行纯化研究,旨在提高木质素的纯度及木质素的得率,为稻草工业碱木质素的纯化分离提供一条有效途径。 收稿日期:2000-05-08

作者简介:杨益琴(1968-),女,江苏大丰市人,讲师,硕士,研究方向为植物纤维化学。

第20卷第4期2000年12月林 产 化 学 与 工 业Chemistry and Industry of Forest Products Vol.20No.4Dec.2000

1 实验部分

1 1 原料及试剂

稻草碱木质素原料由造纸厂所提取的蒸煮废液经喷雾干燥制得;其它化学药品均为化学纯试剂。

1 2 木质素的纯化

采用不同的有机溶剂体系对样品进行溶解(除溶剂用量选择外,其它粗碱木质素与溶剂用量比均为1:10w/v),然后用3%的H 2SO 4调节溶液pH<5,剧烈振荡,加速样品溶解,静置4~5h,对样品进行离心分离,上层清液经薄膜蒸发浓缩回收溶剂,最后经真空干燥制得纯化碱木质素。

1 3 纯化木质素产品的分析测定

1 3 1 木质素含量的测定 采用Klason 法测定酸不溶木质素含量,酸溶木质素的含量用756MC 紫外-可见分光光度计测定其在205nm 处的吸收值,计算总的木质素含量。

1 3

2 总糖含量测定 采用邻胺基联苯的方法,具体操作为:取Klason 法测定木质素的水解液3mL 加入10mL 邻胺基联苯的冰醋酸溶液(0 4g 邻胺基联苯溶于100mL 冰醋酸),煮沸45min,冷却,测定其380nm 的吸收值,根据标准曲线计算总糖含量。

1.3 3 灰分测定 800 下煅烧3h 的灰分。

2 结果与讨论

2 1 粗碱木质素原料的成分分析

对研究所用的稻草工业碱木质素原料的成分进行分析,其组成含量为:酸不溶木质素16 42%,酸溶木质素14 71%,灰分26 06%,总糖19 32%。总木质素含量为31 13%,除此,还含有糖酸类物质。

2 2 不同有机溶剂及用量对粗木质素纯化效果的影响

根据木质素及其所含杂质的结构特点,本研究对几种常见的有机溶剂进行试验,探讨不同类型的有机溶剂对纯化木质素的得率及产物组成的影响,旨在提高木质素产品的纯度和得率。

2 2 1 1,4-二氧六环-水混合溶剂对木质素纯化效果的影响 采用不同体积配比的1,4-二氧六环-水混合溶剂,对工业碱木质素进行纯化分离,具体分析结果如图1、2所示。

从图1、2可知,1,4-二氧六环和水组成的混合溶剂中,1,4-二氧六环的不同比例对碱木质素的纯化效果有一定的影响,对木质素的得率和产品组成具有较大的影响。随着1,4-二氧六环的百分比增加,所得纯化木质素产品中总木质素含量也随之增加,而产物中糖含量则显著降低,灰分的含量也有所下降。这主要是因为随着1,4-二氧六环体积百分比的增加,亲水性的糖、无机盐等在混合溶剂中的溶解度下降,而疏水性的木质素在混合溶剂中的溶解度有所增加,因此,不同比例的1,4-二氧六环和水组成的混合溶剂,能够起到纯化稻草工业碱木质素的目的。当1,4-二氧六环和水的比例为9 1时,木质素含量达66 51%,糖含量下降了90 68%,但此时木质素的得率仅4 55%。综合分析考虑,采用1,4-二氧六环和水混合溶第4期杨益琴,等:有机溶剂法纯化稻草碱木质素的研究41

图1 纯化木质素的得率及含量

Fig.1 Yield and content of purified li gni n

纯化木质素得率yield of purified li gnin;

总木质素含量content of total lignin 图2 纯化木质素中糖、灰分含量Fig.2 Content of sugar and ash in purified li gnin 木质素含量lignin content; 灰分含量ash content; 糖含量sugar c ontent

剂纯化稻草碱木质素时,1,4-二氧六环和水的比例以6 4为宜,此时木质素的得率达75 63%,产品中木质素含量由31 13%提高到42 03%,糖含量下降了79 71%,灰分含量下降了22 29%。

2 2 2 丙酮-水混合溶剂对稻草碱木质素纯化效果的影响 不同体积配比的丙酮-水混合溶剂,对稻草工业碱木质素的纯化效果如图3、4

所示。

图3 纯化木质素的得率及含量

Fig.3 Yield and content of p uri fied lignin

纯化木质素得率yield of purified lignin;

总木质素含量content of total ligni n 图4 纯化木质素中糖、灰分含量Fig.4 Content of sugar and ash in purified lignin 木质素含量li gni n content; 灰分含量ash content; 糖含量sugar content

从图3、4可知,采用丙酮-水混合溶剂纯化稻草工业碱木质素时,不同体积配比的丙酮-水混合溶剂对碱木质素的纯化效果也不同。随着丙酮比例的增加,纯化木质素中木质素含量显著增加,总糖含量大幅度降低,灰分含量也略有下降,其变化趋势与1,4-二氧六环-水混合溶剂相似。综合考虑,丙酮-水混合溶剂中丙酮和水的体积配比以6 4比较理想,此时纯化木质素的得率为85 20%,木质素含量由31 13%增加到44 86%,糖含量下降了76 86%,灰分含量下降了20 87%。

2 2

3 1,2-二氯乙烷-无水乙醇混合溶剂对稻草碱木质素纯化效果的影响 采用不同体积配比的1,2-二氯乙烷与无水乙醇混合溶剂,对稻草工业碱木质素的纯化结果如表1所示。

从表1可知,采用1,2-二氯乙烷和无水乙醇混合溶剂对稻草工业碱木质素进行纯化,其效果不理想,虽然纯化后木质素中糖含量有较大幅度下降,但木质素的得率及木质素的含量42 林 产 化 学 与 工 业第20卷