微波辅助羟甲基化改性木质素的制备及其结构表征

doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2016.05.003

生物质化学工程 ›› 2016, Vol. 50 ›› Issue (5): 12-16.doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2016.05.003

微波辅助羟甲基化改性木质素的制备及其结构表征

夏成龙¹, 郭腾飞¹, 许玉芝^1,2,3, 王春鹏^1,2

1. 中国林业科学研究院林产化学工业研究所;生物质化学利用国家工程实验室;国家林业局林产化学工程重点开放性实验室, 江苏省生物质能源与材料重点实验室, 江苏南京 210042;
2. 中国林业科学研究院林业新技术研究所, 北京 100091;
3. 车用生物燃料技术国家重点实验室, 河南南阳 473000

收稿日期:2016-01-06 出版日期:2016-09-30 发布日期:2016-12-03
通讯作者: 许玉芝(1974-),女,副研究员,博士,从事生物质基材料及胶黏剂研究;E-mail:xuyuzz@163.com。 E-mail:xuyuzz@163.com
作者简介:夏成龙(1989-),男,山东德州人,硕士生,从事生物基高分子材料研究;E-mail:xiasanjiao@163.com
基金资助:
林业公益性行业专项（201404604）；国家自然科学基金资助项目（31200448）；车用生物燃料技术国家重点实验室开放基金资助项目（KFKT2013011）

Preparation and Structural Characterization of Hydroxymethylated Lignin Assisted by Microwave Irradiation

XIA Cheng-long¹, GUO Teng-fei¹, XU Yu-zhi^1,2,3, WANG Chun-peng^1,2

1. Institute of Chemical Industry of Forest Products, CAF;National Engineering Lab. for Biomass Chemical Utilization;Key and Open Lab. of Forest Chemical Engineering, SFA;Key Lab. of Biomass Energy and Material, Jiangsu Province, Nanjing 210042, China;
2. Research Institute of Forestry New Technology, CAF, Beijing 100091, China;
3. State Key Laboratory of Motor Vehicle Biofuel Technology, Nanyang 473000, China

Received:2016-01-06 Online:2016-09-30 Published:2016-12-03

摘要/Abstract

摘要： 为提高木质素的反应活性及其利用效率，采用微波辅助加热对木质素进行羟甲基化改性研究。通过测定不同条件下木质素消耗甲醛的量，研究了反应温度、pH值、反应时间对木质素改性的影响，得到木质素羟甲基化的最佳反应条件为温度80℃、pH值10.5、反应时间30 min。通过对比常规加热和微波加热两种方式，发现微波加热能使反应时间显著缩短，提高木质素羟甲基化的反应效率。由傅里叶红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱（¹H NMR）表征木质素改性前后的结构，表明木质素经改性确实发生了羟甲基化反应，羟基含量增加，有利于反应活性增加。通过凝胶渗透色谱（GPC）分析表明相对于乙酰化木质素，乙酰化羟甲基木质素的数均相对分子质量（M_n）和重均相对分子质量（M_w）增加，分布系数（M_w/M_n）变大。

关键词: 木质素, 微波加热, 羟甲基化, 结构表征

Abstract: In order to improve the utilization efficiency and reactivity of lignin,the hydroxymethylate modification was carried out under microwave heating.The reaction conditions were optimized by measuring the amount of formaldehyde consumption.The optimal reaction conditions were 80℃,pH value 10.5 and reaction time 30 min.The reaction time of microwave heating could be shortened compared with the conventional method and the efficiency of the hydroxymethylate modification of lignin could be improved significantly.The lignin and modified lignin were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR),nuclear magnetic resonance hydrogen spectrum(¹H NMR) and gel permeation chromatograph(GPC).The results showed that the content of hydroxyl group and reactive activity of modified lignin increased.The number-average molecular weight(M_n) and weight-average molecular weight(M_w) of acetylated hydroxymethylation lignin increased,as well as the molecular weight distribution(M_w/M_n) tended to be wider compared with those of the acetylated lignin.

Key words: lignin, microwave heating, hydroxymethylation, structural characterization

中图分类号:

TQ35

夏成龙, 郭腾飞, 许玉芝, 王春鹏. 微波辅助羟甲基化改性木质素的制备及其结构表征[J]. 生物质化学工程, 2016, 50(5): 12-16.

XIA Cheng-long, GUO Teng-fei, XU Yu-zhi, WANG Chun-peng. Preparation and Structural Characterization of Hydroxymethylated Lignin Assisted by Microwave Irradiation[J]. bce, 2016, 50(5): 12-16.

参考文献

[1] DOHERTY W O S,MOUSAVIOUN P,FELLOWS C M. Value-adding to cellulosic ethanol:Lignin polymers[J]. Industrial Crops and products,2011,33(2):259-276.
[2] MALUTAN T,NICU R,POPA V I. Contribution to the study of hydroxymetylation reaction of alkali lignin[J]. BioResources,2007,3(1):13-20.
[3] 霍淑平,孔振武. 木质素的化学改性及其在合成树脂中的应用进展[J]. 林产化学与工业,2009,29(S1):213-218.
[4] CHUNG H,WASHBURN N R. Improved lignin polyurethane properties with Lewis acid treatment[J]. ACS Applied Materials & Interfaces,2012,4(6):2840-2846.
[5] 赵士举,李鑫,徐翠莲,等. 微波法从麦秸秆中提取木质素研究[J]. 科技导报,2008,26(18):66-68.
[6] 胡杰,邵媛,邓宇. 微波辐射常压麦草中木质素快速提取方法研究[J]. 化工技术与开发,2006,35(8):4-6.
[7] LI Ming-fei,SUN Shao-ni,XU Feng,et al. Microwave-assisted organic acid extraction of lignin from bamboo:Structure and antioxidant activity investigation[J]. Food Chemistry,2012,134(3):1392-1398.
[8] OUYANG Xin-ping,LIN Zai-xiong,DENG Yong-hong,et al. Oxidative degradation of soda lignin assisted by microwave irradiation[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering,2010,18(4):695-702.
[9] 刘晓欢,张明明,王基夫,等. 水热法碱活化生物质乙醇木质素的化学结构变化[J]. 光谱学与光谱分析,2013,33(11):2940.
[10] VAZQUEZ G,FREIRE S,RODRIGUEZ C,et al. Structures,and reactivities with formaldehyde,of some acetosolv pine lignins[J]. Journal of Wood Chemistry and Technology,1999,19(4):357-378.
[11] MANCERA C,FERRANDO F,SALVADO J,et al. Kraft lignin behavior during reaction in an alkaline medium[J]. Biomass and Bioenergy,2011,35(5):2072-2079.
[12] CACHE N,CAMY S,BENJELLOUN-MLAYH B,et al. Esterification of organosolv lignin under supercritical conditions[J]. Industrial Crops and Products,2014,58:287-297.

[1]	曲晓萌,杨革,张泽浩,张兰. 纳滤法制备高纯度雪莲果低聚果糖及其结构表征[J]. 生物质化学工程, 2020, 54(5): 37-44.
[2]	刘学,李淑君,刘守新,李坚,陈志俊. 木质素纳米颗粒的制备及其功能化应用研究进展[J]. 生物质化学工程, 2020, 54(5): 53-65.
[3]	王瑞珍,宋留名,刘朋,王奎,徐俊明. 木质素基表面活性剂研究现状[J]. 生物质化学工程, 2020, 54(3): 61-68.
[4]	李聪,马文娟,巴智晨,谷一正,刘志明. 羟甲基木质素磺酸钠/膨胀石墨/次磷酸铝阻燃聚氨酯泡沫的研究[J]. 生物质化学工程, 2020, 54(2): 1-5.
[5]	杨倩,刘贵锋,吴国民,孔振武. 木质素化学降解及其在聚合物材料中应用的研究进展[J]. 生物质化学工程, 2020, 54(2): 40-50.
[6]	王佳楠,羿颖,边勇军,马媛媛,刘志明. 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[J]. 生物质化学工程, 2020, 54(1): 16-22.
[7]	马欢欢,万意凌,谢凌翔,孟凡蕊,周建斌. 杏壳木质素的结构表征及其热解特性研究[J]. 生物质化学工程, 2019, 53(6): 27-32.
[8]	周家兴,刘志明,李旭. 次磷酸铝添加量对碱木质素基聚氨酯泡沫阻燃性能的影响[J]. 生物质化学工程, 2019, 53(2): 1-6.
[9]	殷二强,王世超,相恒学,周哲,朱美芳. 熔纺Kraft硬木木质素基活性炭纤维的活化工艺及性能研究[J]. 生物质化学工程, 2019, 53(2): 26-34.
[10]	胡萍, 王丽芳, 贾博然, 刘颖, 沙晓玲, 任世学. 甲醛交联聚乙烯醇/麦草碱木质素发泡材料的降解性能[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(4): 29-35.
[11]	郭腾飞, 高士帅, 王春鹏. 酶解木质素改性三聚氰胺脲醛树脂的制备与应用[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(3): 35-39.
[12]	王石维, 陈科宇, 王启宝. 酸性可溶木质素胺的合成及其乳化性能研究[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(2): 1-6.
[13]	吴凯, 应文俊, 郑志锋, 史正军, 杨海艳, 杨静. 两种木质素对纤维素酶水解的影响机制[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(2): 29-34.
[14]	谭扬, 马春富. 利用TG-FTIR研究造纸黑液碱木质素的热解机理[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(2): 35-41.
[15]	赵新坤, 李赫龙, 佘雕, 孙润仓. 木质素模型化合物合成研究的现状与展望[J]. 生物质化学工程, 2018, 52(1): 41-52.

微波辅助羟甲基化改性木质素的制备及其结构表征

Preparation and Structural Characterization of Hydroxymethylated Lignin Assisted by Microwave Irradiation

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

关于本刊

投稿指南

在线期刊

相关单位

联系我们