论文总字数：18823字

摘 要

四丁基氢氧化铵(TBAH)作为一种新型绿色的纤维素溶剂，可以与纤维素发生均相非衍生化反应。本文主要介绍利用四丁基氢氧化铵溶液作为溶剂预处理木质纤维素并由此进行木质纤维素分离的方法，同时通过正交试验研究秸秆纤维素在溶液中的溶解性能。利用红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)等手段对回收的秸秆纤维素结构变化进行分析。结果表明，农用秸秆经过一定浓度四丁基氢氧化铵预处理后更容易溶解于四丁基氢氧化铵溶液中；最佳预处理条件：溶解温度50℃，溶解时间30 min，TBAH溶剂浓度10%，TBAH与秸秆质量比10:1；该条件下进行秸秆纤维素预处理，可使木质素与半纤维素的酶解率维持在53%左右。此外，本文也探究了TBAH液体的循环使用情况，为今后秸秆处理和纤维素的分离提供技术参考。

关键词：四丁基氢氧化铵; 木质纤维素; 预处理; FT-IR; XRD

Study of lignocellulose pretreatment system four Butyl Ammonium Hydroxide

Abstract

As a as a novel green solvent for cellulose, tetra-butyl Ammonium hydroxide (TBAH) can occur non derivatization reaction with cellulose. This paper describes the use of tetra-butyl ammonium hydroxide solution as a solvent lignocellulose pretreatment methods and thus be separated from lignocellulose, while Research Straw solubility in solution by orthogonal experiment. Using infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray diffraction (XRD) and other means of changes in the structure of straw cellulose recovered for analysis. The results showed that after a certain concentration of agricultural straw tetra-butyl ammonium hydroxide dissolved in the pretreatment easier tetra-butyl ammonium hydroxide solution; optimum pretreatment conditions: dissolution temperature 50 ℃, the dissolution time 30 min, TBAH solvent concentration 10%, TBAH and straw mass ratio of 10:1; under the conditions of straw pretreated cellulose, can be maintained at around 53% of lignin and hemicellulose removal rate. In addition, the paper also explores the use of TBAH liquid circulation, provide technical reference for straw and fiber separation.

Keywords: Tetrabutylammonium hydroxide; Straw Cellulose; pretreatment; FT-IR; XRD

,

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 5

1.1农作物秸秆 5

1.1.1 农作物秸秆的种类和产量 5

1.1.2 农作物秸秆的主要用途 6

1.1.3 我国农作物秸秆的利用现状 6

1.2 秸秆纤维素（木质纤维素） 6

1.2.1 纤维素化学结构 7

1.2.2 木质纤维素特性及预处理 8

1.2.3 木质纤维素预处理方法 8

1.2.4强碱预处理木质纤维素 11

1.3 四丁基氢氧化铵 11

第二章 实验材料 13

2.1 实验药品 13

2.2 实验仪器 13

第三章 试验方法 14

3.1 木质纤维素在TBAH中溶解性验证实验 14

3.2 木质纤维素在TBAH中预处理实验 15

3.4 预处理秸秆的酶解分析 16

3.5 分析方法 16

3.6 预处理过程分析 17

第四章 实验结果分析 17

4.1 预处理木质纤维素结构分析鉴定 17

4.1.1 预处理木质纤维素结构XRD分析 17

4.1.2 预处理木质纤维素红外结构分析 18

4.2 TBAH预处理木质纤维素效果的影响因素 19

4.2.1 影响因素确定 19

4.2.2 四丁基氢氧化铵与秸秆质量比对酶解率的影响 19

4.2.3 溶解温度对酶解率的影响 20

4.2.5 溶解时间对酶解率的影响 21

4.3 正交试验 23

4.3.1 正交参数水平确定 23

4.3.2 正交结果分析 24

4.4 水洗不溶物的漂白 24

第五章 实验结果讨论与展望 26

5.1 结果讨论 26

5.2 工业化生产 26

参考文献 28

致 谢 30

第一章 文献综述

近几个世纪以来，科学技术对社会经济的发展产生了巨大的影响。化石能源，包括煤、天然气和石油等已广泛应用于社会的各个领域。然而，化石资源有限的储量以及其造成的环境污染，迫使我们想要寻找一种新型清洁能源。相较而言，我国更加是石油资源相对短缺的国家，通过开发可再生能源对于确保我国的能源安全和国民经济健康稳定发展具有重要的意义。

纤维素是地球上存储量最大的可再生资源和生物质资源，每年陆生植物纤维素约500亿吨，纤维素占地球生物总量的60％~80％。同时，来源丰富、品种较多、循环时间短等也是纤维素类资源的优点。

另外，植物纤维素也可通过化学转化生产葡萄糖单体、酒精等化工原料，进而把储量巨大的纤维素资源转化为食品仓库、能源仓库以及有机原料仓库。这是人类追求的目标，也使之成为当前绿色化学中的一个重要的新领域。综上所述，纤维素由于其储量丰富、环境友好、可再生等优势已然成为新一代能源储备。

1.1农作物秸秆

1.1.1 农作物秸秆的种类和产量

农作物秸秆通常是指水稻、小麦、大豆、玉米、花生、薯类、棉花、油料、芝麻、向日葵以及其他农作物在收获之后留下的茎和秆。农作物秸秆富含多聚糖类物质以及氮、磷、镁等多种离子养分。按照《可再生能源法》规定，秸秆连同农林牧业生产中产生的其他废弃物质，均属于可再生能源中的生物质能，而且是一种有着多种用途的天然可再生生物质资源。农作物秸秆具有种类多、分布广等特点，而且年产量较大，全世界每年生产秸秆约29亿多吨。我国是一个农业大国，每年种植大量的粮食及经济作物，随之产生的是大量的农作物秸秆。据报道，我国每年可生产秸秆约7亿多吨，总数约占世界秸秆总产量的20％～30％^[1]。

1.1.2 农作物秸秆的主要用途

秸秆属于比较理想的可利用能源，已被广泛地利用，可归纳为“五料”，即燃料、饲料、肥料、基料和原材料。目前国内农作物秸秆的利用，按其用途大致可分为4类：(1)工业原材料。主要用于造纸，约占总量的3％，还有部分秸秆被用于生产代木产品、商用发电、秸秆成型燃料、秸秆沼气等。(2)用做肥料。近些年，在秸秆大量过剩的地区出现了秸秆还田现象，即把秸秆粉碎撒入田间。目前，用做肥料所消耗的秸秆量占全国秸秆生产量的15％左右；(3)直接燃料或作为生物质能源，约占31.5％；(4)用做基料，目前主要用于养植食用菌，也有用于蚯蚓养殖和无土栽培的基床，但基料所消耗的秸秆量微乎其微^[2]。

1.1.3 我国农作物秸秆的利用现状

传统农业时期，农作物秸秆作为建房材料、生活燃料、肥料等被广泛运用。随着化肥、石油能源等投入，液化气及煤气的普及，农作物秸秆在还田、燃料、造纸等方面的利用正趋于萎缩。与发达国家相比，我国秸秆的综合利用水平还比较低，综合利用技术及研发水平落后，秸秆利用研究与推广脱节，大量的宝贵秸秆资源遭到废弃和流失，甚至焚烧处理。目前我国还有2亿多吨秸秆资源没有被开发利用，即使被利用也属于低水平的利用。在我国不少地区，大量的秸秆纤维素没有得到充分利用，其多数都在田间付之一炬。2004年安徽广大农村地区由于大量焚烧农作物秸秆，造成大部分地区围绕在浓雾之中，严重影响到周边地区的环境，造成了很多交通事故，对高速公路、铁路的交通安全及民航航班的起降安全构成极大威胁^[3]。秸秆的类似处理方法，不但浪费资源，而且造成了严重的环境污染，破坏了土壤肥力。

总上所述，合理开发利用秸秆资源，己经成为目前刻不容缓的问题。

1.2 秸秆纤维素（木质纤维素）

农作物秸秆是由大量的有机物和少量的无机物及水分所组成的，其有机物的主要成份是纤维素类碳水化合物，此外还有少量的粗蛋白质和粗脂肪。碳水化合物又由纤维素类物质和可溶性低聚糖类组成。纤维素类物质是植物细胞壁的主要成份，它包括纤维素、半纤维素和木质素等组份。由于纤维素及其衍生物目前已经广泛应用于化工、造纸、医药等行业，拥有很大的市场。因此，目前各国都在寻求新的方法从纤维素植物中提取纤维素成分。本次研究着重关注有关纤维素的溶解及分离技术。

1.2.1 纤维素化学结构

纤维素是自然界中储量最丰富的天然高分子。同时，作为自然界中最广泛的可再生资源之一，纤维素及其衍生物产品、纤维素材料在化工、医药、建筑、油田化学和生物化学等领域也得到了广泛的应用。近年来，随着能源紧张和各国对环境污染问题的日益关注和重视，生物可降解性、环境友好性的纤维素材料已然成为世界各国竞相研究开发的重要课题之一。

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