汽爆酸碱耦合解聚玉米秸秆分子结构的研究

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1、2013年7月中国粮油学报Vol．28，No．7第28卷第7期JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociationJul.2013汽爆酸碱耦合解聚玉米秸秆分子结构的研究1，21，22222孙永刚马玉龙麻晓霞常璇惠兴育孙瑞珠1(宁夏大学能源化工国家重点实验室培育基地，银川750021)2(宁夏大学化学化工学院，银川750021)摘要以玉米秸秆为研究对象，采用蒸汽爆破+5%H2SO4和蒸汽爆破+5%NaOH的耦合方法对其结构进行解聚处理，并对解聚前后秸秆的结构、化学组

2、成、热稳定性能进行分析和表征。结果表明:与未处理前相比，经蒸汽爆破+碱解聚处理后，秸秆中大部分半纤维素被脱除，半纤维素由29．10%最低可降至4．61%，木质素由38．12%最低可降至10．74%。经蒸汽爆破酸耦合和蒸汽爆破碱耦合解聚处理后，纤维素含量由31．54%分别提高到65．16%和80．41%，秸秆最大失重率为81．86%和89．31%，最低吸热量为87．48J/g和114．79J/g，降解温度达到350℃，热稳定性能增加，表面结构疏松，出现小孔和裂缝。说明蒸汽爆破酸耦合和蒸汽爆破碱耦合解聚

3、方法对玉米秸秆分子结构有一定的解聚效果。但就脱除半纤维素效果而言，蒸汽爆破碱耦合法优于蒸汽爆破酸耦合法。关键词蒸汽爆破酸碱解聚玉米秸秆中图分类号:TQ353．14文献标识码:A文章编号:1003－0174(2013)07－0029－07随着石化资源的日益枯竭，能源危机日趋加剧，NH3+蒸汽爆破法可以去除部分半纤维素和木质素，［1－2］［12－14］因而开发可再生能源已迫在眉睫。世界许多国破坏纤维素晶体结构。本研究采用蒸汽爆破、家都已经开始研究和推进生物质资源(尤其秸秆资蒸汽爆破+H2SO4和蒸汽爆破

4、+NaOH的物理化学法源)的高效转化应用，如日本的新阳光计划、印度的对玉米秸秆进行解聚处理，并对秸秆解聚后的结构，绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源化学组成、热稳定性能、表面形貌的变化进行研究，计划等，可见，高效利用生物质资源成为可持续发展旨在为秸秆大分子解聚方案的设计与选择提供相关［3］的长期战略性举措。我国秸秆资源量居世界第依据，为玉米秸秆综合开发、酶解生产生物质资源提一，年产秸秆超过8亿吨，为我国发展秸秆生物质能供有效地前处理方法，为玉米秸秆开发研究和应用源创造了充足的原料保证。提供

5、一定机理依据和参考。秸秆主要是一类由纤维素、半纤维素和木质素1材料与方法通过氢键及其他化学键、分子键结合而成的具有复［4－7］杂聚合结构的高分子化合物，其中半纤维素和木1．1材料质素联接成网状结晶结构，而纤维素镶嵌于其玉米秸秆取自宁夏银川市西夏区周边农场。自［8－9］中。秸秆结构解聚的主要目的是改变或者破坏来水洗净，风干，粉碎，过80目筛，105℃下烘干备组成单元或结构之间的连接方式，增加纤维素酶解用。率和转化效果，为后续纤维素乙醇或纤维素化学品1．2主要仪器的制备提供优质原料。目前研究报道的解聚方

6、法主HH－4数显恒温水浴锅:山东鄄城华鲁电热仪要有物理法、化学法、生物法或几种方法的耦器有限公司;YDL－FIWE3纤维素测定仪:北京恒奥合［10－11］，但从经济、环保、能耗角度考虑，物理辅助德仪器仪表有限公司;DZF－1真空干燥箱:上海一化学法是相对较好的解聚方法。研究表明，利用恒科学仪器有限公司;FTIＲ－8400S傅里叶红外变换光谱仪:日本岛津公司;JSM7500F场发射电子扫描显基金项目:国家自然科学基金(21266023)，宁夏大学大学生科技创新与人文社会科学研究项目(12HGG14)微

7、镜:日本JEOL公司;SetsysEvolution差热分析仪:收稿日期:2012－09－25法国塞塔拉姆仪器公司;QB－200蒸汽爆破试验台:作者简介:孙永刚，男，1989年出生，硕士，生物质能源通讯作者:马玉龙，男，1966年出生，教授，生物质能源河南省鹤壁正道重机厂。30中国粮油学报2013年第7期1．3方法据此，解聚前后样品中各成分的含量计算公式1．3．1制备蒸汽爆破样品如下:－－称取一定量玉米秸秆，按蒸汽压力分别为0．4、半纤维素%=NDF%－ADF%(5)－－0．6、0．8MPa，保温时

8、间为20min进行爆破处理，分纤维素%=ADF%－ADL%(6)－别得到不同压力下蒸汽爆破样品。木质素%=100－半纤维素%－纤维素%－s%1．3．2制备蒸汽爆破－酸耦合解聚样品(7)－准确称取一定量按1．3．1所述方法制备的蒸汽式中:NDF%表示3次平行试验测定NDF的平－爆破样品，按固液比1∶10(质量分数)加入5%H2SO4均值，ADF%表示3次平行试验测定ADF的平均－溶液，在60℃下，恒温水浴中搅拌加热处理24h，对值，ADL%表示3次平行试验测定ADL的平