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2020年, 第54卷, 第1期 刊出日期:2020-01-30 上一期   
研究报告
水稻秸秆渗滤床半固态厌氧发酵性能研究
刘科,贺静,韦秀丽,蒋滔,唐宁,张德勇
2020 (1):  1-8.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.01.001
摘要 ( 27 )   HTML ( 3 )   PDF(806KB) ( 30 )  

以水稻秸秆为原料,利用自行设计的渗滤床反应器,对比研究了不同温度(20、25、30和35℃)及不同预处理方式(NaOH、生物试剂和沼液)对秸秆厌氧发酵产气性能、物能转化率、发酵后沼液性能和产气成本等方面的影响。实验结果表明:发酵后总固体(TS)质量分数稳定在13%~15%之间,属于半固态厌氧发酵,同时累积产气量与温度、发酵后COD及NH3-N的变化量均呈极显著正相关。相同温度(20~30℃)条件下,经预处理后的水稻秸秆TS产气率较空白均有所提高;其中沼液预处理效果最为明显,35℃条件下,TS产气率及挥发性固体(VS)产甲烷率分别为154.0和55.2 mL/g,较空白样品分别提高25.1%和52.5%。同时,沼液预处理可显著提升厌氧发酵产气中的甲烷体积分数。各预处理样品TS产甲烷率及VS产甲烷率呈随温度(20~30℃)上升而增加的趋势,但产甲烷提升率随温度的上升而逐渐下降,将系统温度从20℃提升至25℃,各处理产甲烷率可提高90%以上。考虑到沼气工程罐体增温及产能收支平衡等因素,温度控制在25℃是经济性最好的策略模式。从产气成本上分析,自产沼液具有较佳的处理效果和较低的生产成本,每生产1 m3沼气的可变成本1.62元。

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减压蒸馏法从生物质水解液中分离提纯乙酰丙酸
龚晨,曹雪娟,唐兴,曾宪海,孙勇,林鹿
2020 (1):  9-15.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.01.002
摘要 ( 25 )   HTML ( 0 )   PDF(430KB) ( 22 )  

以乙酰丙酸(LA)/硫酸溶液模拟生物质水解液,探讨了硫酸用量、氢离子物质的量、硫酸根物质的量以及蒸馏温度对LA提纯效果的影响,并进一步考察了碱中和对LA提纯的促进作用。实验结果表明:硫酸的存在不利于LA的分离提纯,模拟水解液中氢离子物质的量是影响LA回收率的主要因素;在氢离子物质的量一定时,较高的硫酸根物质的量有利于LA的分离;最佳的蒸馏温度为170~180℃,利用氢氧化钠中和模拟水解液中的氢离子,可以得到较高纯度和回收率的LA。在100 mL水、0.1 mol LA、0.03 mol硫酸、0.06 mol NaOH(碱中和)和蒸馏温度170℃下,LA的回收率为84.5%,纯度为93.3%。在固体碱活性氧蒸煮(CAOSA)竹浆制得的LA水解液中,加入氢氧化钠中和后进行LA的减压蒸馏分离提纯,当NaOH与硫酸根的物质的量比值为1.4时,LA回收率高达91.8%(纯度93.5%)。

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羟甲基化木质素/纤维素气凝胶粒子的制备、表征及吸附性能
王佳楠,羿颖,边勇军,马媛媛,刘志明
2020 (1):  16-22.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.01.003
摘要 ( 23 )   HTML ( 0 )   PDF(3636KB) ( 38 )  

以羟甲基化木质素和纤维素为原料,NaOH/尿素水溶液为溶解体系,采用冷冻干燥法制备羟甲基化木质素/纤维素气凝胶粒子。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)仪、X射线衍射(XRD)仪、比表面积及孔径分析仪等对其结构进行了表征。研究结果表明:羟甲基化木质素分子通过氢键作用附着在纤维素骨架上,气凝胶内部仍保持三维网状结构,羟甲基化木质素的引入使得气凝胶表面出现明显收缩,网状结构的致密度随着羟甲基化木质素用量提高而逐渐降低;同时气凝胶粒子具有纤维素Ⅱ型红外吸收峰和XRD衍射峰;粒子表现出Ⅱ型吸附/脱附等温线,孔径均在15 nm以下,且随着羟甲基化木质素用量不断提高,比表面积、孔容均有所减小,HKL-4的比表面积为105.3m2/g,孔容为0.336 6cm3/g,孔径为13.67nm。吸附性能分析表明在25℃下吸附5 h,HKL-4气凝胶粒子对金胺O、亚甲基蓝和罗丹明B的吸附量分别为33.06、96.06和43.26mg/g,对亚甲基蓝的饱和吸附量可达208.7 mg/g,吸附过程更符合Langmuir等温吸附模型,主要为单分子层吸附。

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基于Py-GC×GC-qMS的玉米芯热解产物在线检测
李文斌,郑云武,卢怡,郑志锋
2020 (1):  23-30.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.01.004
摘要 ( 21 )   HTML ( 0 )   PDF(1159KB) ( 20 )  

利用热裂解-全二维气相色谱-质谱联用(Py-GC×GC-qMS)仪对玉米芯不同温度下热解产物进行在线分析。研究结果表明:玉米芯在550℃下热解18 s,GC×GC-qMS共检测到191种化合物,包括醇、酸、醛、酮、酯、呋喃类、碳氢化合物、酚类、含氮类和糖类等。主要化合物包括2,3-二氢-苯并呋喃、1,6-脱水-β-d-吡喃葡萄糖和糠醛,其GC含量分别为9.15%、8.80%和5.21%;而GC-qMS仅检测到58种化合物,且未检测到糖类化合物。玉米芯热解产物的种类随着温度的升高逐渐增加,在550℃时达到稳定值。温度对醛类、酮类和呋喃类化合物的影响并不明显,GC含量分别在450、550和500℃时达到最大,分别为4.80%、13.57%和21.01%;醇类、酸类和酯类化合物易在低温条件下形成;碳氢化合物易在高温条件下形成,600℃时GC含量为10.77%;酚类呈现出先增加后减少的趋势,450℃时GC含量最大为23.77%;温度的升高对含氮类和糖类GC含量的影响并不明显。

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生物柴油新型抗氧化剂的制备及动力学分析
吴永会,李法社,申加旭,王霜,杜威,吴学华
2020 (1):  31-36.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.01.005
摘要 ( 16 )   HTML ( 0 )   PDF(1089KB) ( 10 )  

以没食子酸和异丙醇为原料,吡啶硫酸氢盐离子液体为催化剂制备新型生物柴油抗氧化剂没食子酸异丙酯,通过单因素试验得到没食子酸与异丙醇催化酯化反应的最佳反应条件:反应温度85℃,反应时间4 h,醇酸物质的量比35:1,催化剂用量12%,该条件下酯化反应的转化率为89.1%。在此基础上对该催化酯化反应进行动力学分析,得出反应的表观活化能(Ea)为60.942 kJ/mol,频率因子(A)为7 060 313.404。在地沟油生物柴油中添加0.05%没食子酸异丙酯后,其氧化稳定性明显提升,诱导期从0.61 h增至6.34 h,已达到我国生物柴油国家标准(诱导期6 h),表明没食子酸异丙酯是一种抗氧化效果很好的新型生物柴油抗氧化剂。

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柠条的纤维特性及其双螺杆CMP制浆性能研究
毕淑英,刘雁超,吴宏飞,蒋晨,谢益民
2020 (1):  37-42, 54.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.01.006
摘要 ( 19 )   HTML ( 0 )   PDF(4708KB) ( 19 )  

以柠条为原料,分析了其化学组分和纤维形态,并探讨了柠条双螺杆CMP法的制浆工艺以及浆料的纤维形态和成纸的物理性能。研究结果表明:与针、阔叶木相比,柠条原料中纤维素和综纤维素质量分数较低,苯醇抽出物和热水抽出物质量分数较高,柠条纤维长度总体偏短,木质部和皮部的纤维质量平均长度分别为0.621和0.819 mm,还存在部分杂细胞。采用3.5% Na2SO3和1.5% NaOH常温预浸12 h、90℃汽蒸1 h后再用双螺杆挤浆机在质量分数35%下进行搓丝,并结合高浓盘磨机磨浆,所得CMP浆得率可达73%。柠条CMP浆基本保持了纤维原有的长度,质量平均长度达0.650 mm,长宽比为32.7,纤维解离较好,但分丝帚化情况不理想,含有部分纤维束和杂细胞。当加拿大游离度为300 mL时,柠条CMP浆成纸的环压强度指数和松厚度较高,分别为8.67(N·m)/g和2.56 cm3/g,抗张指数为19.6(N·m)/g,本色浆白度较高,达50%(ISO)。柠条CMP浆适合配抄瓦楞原纸等包装用纸,漂白后可配抄新闻纸和白板纸。

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向日葵盘精油的化学成分及抗氧化活性
何昶毅,高潇涵,李泽文,刘玲玲,孙彤彤,陈小强
2020 (1):  43-48.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.01.007
摘要 ( 19 )   HTML ( 1 )   PDF(464KB) ( 16 )  

为明晰采收后向日葵盘精油的成分及其体外抗氧化活性,应用水蒸气蒸馏法提取采收后向日葵盘精油,利用气相色谱-质谱联用法(GC-MS)分析其化学成分,通过DPPH自由基和ABTS自由基清除法对精油的体外抗氧化活性进行测定。结果显示:从向日葵盘精油中共鉴定出49种化学成分(占精油总量91.16%),其中α-蒎烯(28.22%)、柠檬烯(6.55%)、α-蛇麻烯(4.99%)、反式-β-金合欢烯(3.58%)和莰烯(3.39%)为其主要成分。向日葵盘精油具有一定的体外抗氧化活性,其清除DPPH自由基、ABTS自由基的半数有效浓度(EC50)值分别为0.47、0.30 g/L,明显高于阳性对照BHT的EC50值(分别为8.21和6.16 mg/L)。

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杨木预水解液中化学组分质量浓度的P因子调控
刘海梅,赵思,冯年捷
2020 (1):  49-54.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.01.008
摘要 ( 15 )   HTML ( 0 )   PDF(578KB) ( 10 )  

为研究P因子对木质纤维原料预水解液中化学组分质量浓度的调控机制,分析了不同预水解温度(170~210℃)和预水解时间(30~120 min)条件下,杨木预水解液中固形物、木质素、木糖和葡萄糖质量浓度的变化规律。结果表明:升高预水解温度和延长预水解时间,固形物、木质素和葡萄糖质量浓度均逐渐增大。而木糖质量浓度随温度的升高而降低;190℃时,木糖质量浓度随预水解时间延长迅速减小。P因子对杨木预水解液中化学组分的质量浓度具有调控作用。固形物、木质素和葡萄糖质量浓度随P因子增加呈指数增大。而木糖质量浓度随P因子增加呈指数减小,P因子小于3 300时,木糖质量浓度随P因子增加迅速减小。

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超声波辅助纤维素酶水解制备纳米纤维素
卢琳娜,卢麒麟
2020 (1):  55-59.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.01.009
摘要 ( 22 )   HTML ( 0 )   PDF(1742KB) ( 18 )  

以人纤浆为原料,利用超声波辅助纤维素酶水解制备纳米纤维素(NCC),在单因素试验基础上,采用正交试验优化NCC的制备条件,并通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、热重(TG)和Zeta电位测定对NCC的结构和性能进行了分析与表征。研究结果表明:NCC的最佳制备条件为酶用量为人纤浆质量的7%、50℃条件下酶解反应10 h,此时纳米纤维素的得率可达62.3%。TEM表征显示制备的纳米纤维素呈短棒状,纳米纤维素之间相互交织形成网络结构;XRD分析表明纳米纤维素的晶体结构并未发生改变,仍为纤维素Ⅰ型,结晶度由人纤浆的54.2%增大到73%;FT-IR分析显示纳米纤维素仍保持天然纤维素的化学结构;热重分析表明纳米纤维素的热稳定性较纤维素原料显著提高;Zeta电位测试结果表明纳米纤维素在水介质中具有良好的分散稳定性。

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综述评论
以糠醛为原料的δ-戊内酯合成及应用研究进展
徐榕徽,王国胜
2020 (1):  60-66.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.01.010
摘要 ( 35 )   HTML ( 3 )   PDF(528KB) ( 38 )  

综述了以糠醛为原料,经环戊酮制δ-戊内酯,经糠醇及四氢糠醇制1,5-戊二醇再制δ-戊内酯,以及经四氢呋喃制δ-戊内酯的3种主要合成途径并简述了经其他糠醛衍生物合成δ-戊内酯的途径;同时对δ-戊内酯在合成医药中间体和聚酯两方面的应用进行了总结。由于δ-戊内酯结构广泛存在于具有生物活性和光学活性的化合物中,可应用于医药领域,δ-戊内酯自身易聚合,也可与其他化合物形成聚交酯,合成的共聚物具有良好的生物相容性和生物可降解性,这使其在可生物降解材料领域应用受到关注,因此以糠醛为原料制备δ-戊内酯生产技术是未来的研究热点。

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