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    2017年, 第51卷, 第4期 刊出日期:2017-07-30 上一期    下一期
    研究报告
    水溶性和碱溶性蔗渣木质素的分离与表征
    彭锋, 付亘悫, 汪小君, 胡亚洁, 岳盼盼
    2017 (4):  1-7.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2017.04.001
    摘要 ( 735 )   PDF(1170KB) ( 533 )  
    以蔗渣为原料,经脱蜡后依次用H2O、1% NaOH和3% NaOH进行抽提,分别得到水溶性木质素L1和碱溶性木质素L2、L3,并对其理化性质和结构特征进行分析。通过硝基苯氧化法、高效液相色谱检测来确定蔗渣木质素的组分,通过凝胶渗透色谱检测蔗渣木质素的分子质量,利用紫外分光光度计和二维核磁共振推导出蔗渣木质素的结构单元和连接方式。结果表明,L1、L2和L3的得率(以绝干原料计)分别为0.4%、5.7%和3.7%,占蔗渣木质素总量的54.1%,而且水溶性木质素分子质量大于碱溶性木质素。L2和L3主要来自于蔗渣次生壁,富含紫丁香基单元和大量的非缩合醚结构。蔗渣木质素的结构单元间的主要连接方式是β-O-4'醚键,还有β-β'、β-5'和β-1'等碳碳结构。蔗渣木质素是由紫丁香基、愈创木基和少量对羟苯基结构单元组成的GSH型木质素,此外,还含有对香豆酸和阿魏酸,通过酯键与木质素相连。
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    纤维素热解动力学分析方法研究
    白斌, 周卫红, 丁毅飞, 徐安壮, 王玉杰, 丁伟婧
    2017 (4):  8-16.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2017.04.002
    摘要 ( 885 )   PDF(1019KB) ( 627 )  
    以微晶纤维素为原料,在氮气气氛中利用热重分析仪考察了不同升温速率条件下纤维素的热解实验,分析了纤维素的热解动力学特性。采用双等双步法和Popescu法从热分析动力学的41种机理函数中选取最概然反应机理函数,同时运用Freeman-Carroll法、Coats-Redfern法、Starink法和双等双步法4种热分析方法计算热解反应活化能(E)、指前因子(A),并对结果进行了分析比较。结果表明,随着升温速率提高,纤维素热解起始温度增加,热失重速率升高;纤维素的热解过程可分为4个阶段:脱水预热(40~120℃)、热解初期(120~260℃)、主要热解失重(260~400℃)和炭化(400~900℃)。纤维素主要热解段分两个阶段进行,其活化能在低温段(260~350℃)时,为166~176 kJ/mol,高温段(350~400℃)时,为171~216 kJ/mol;采用反Jander动力学模型能较好地描述主要热解反应过程;采用单一扫描速率法(Freeman-Carroll法和Coats-Redfern法)分析结果与实际值有较大偏差,多重扫描速率法(Starink法和双等双步法)得到的结果更具可靠性。
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    木糖利用融合子D2的制备与乙醇发酵特性
    周林, 邱瑞娇, 林上龙, 许少萍, 张英
    2017 (4):  17-24.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2017.04.003
    摘要 ( 516 )   PDF(1009KB) ( 478 )  
    以树干毕赤酵母(Pichia stipitis)1960(Ps1960)与酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)AADY(ScAADY)为亲本菌株,采用双亲灭活原生质体技术制备木糖利用融合子,并对其制备条件进行了优化。优化后的原生质体制备条件为Ps1960采用2%蜗牛酶和1%纤维素酶在28℃酶解45 min,20W紫外灯距离10 cm照射3 min灭活;ScAADY采用1.5%蜗牛酶和1%纤维素酶28℃酶解50 min,55℃水浴50 min灭活;均采用0.6 mol/L山梨醇为渗透压稳定剂。在该条件下,共得到22株融合子。通过测定各融合子在不同培养基条件下的生物量来评价其木糖代谢和乙醇耐受能力,最终获得能利用木糖高效发酵产乙醇、遗传性状稳定的融合子D2,并进行乙醇发酵条件优化。结果表明,在混合糖质量分数8%、木糖和葡萄糖质量比6:1、5%接种量、30℃、160 r/min、培养72 h条件下,融合子D2发酵产乙醇的产量为40.58 g/L。
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    中药渣基活性炭的制备及其对头孢拉定的吸附研究
    于颖, 孙显涛, 陈建秋, 明广奇, 商景阁
    2017 (4):  25-32.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2017.04.004
    摘要 ( 676 )   PDF(2752KB) ( 556 )  
    以香橼、桂枝和板蓝根3种中药渣为原料,Na2CO3为活化剂,800℃下活化1.5 h制备了香橼活性炭(AC-CM)、桂枝活性炭(AC-RC)和板蓝根活性炭(AC-IT)3种活性炭。采用扫描电镜、红外光谱、比表面积分析、pH值和pHpzc测定等表征手段考察了活性炭的特性。研究了3种活性炭对头孢拉定的吸附动力学与吸附等温线,考察了不同初始pH值和NaCl质量浓度对吸附过程的影响。结果发现,AC-CM、AC-RC和AC-IT的比表面积分别为453.32、413.78和230.06 m2/g,pH值分别为9.70、8.23和9.24,pHpzc值分别为9.28、9.21和9.38,活性炭表面主要含有C=O、C=C以及含N基团,SEM分析显示活性炭表面存在大量的孔结构。AC-CM、AC-RC和AC-IT对头孢拉定的吸附过程均符合伪二级动力学与粒内扩散模型,吸附速率受粒内扩散机制和化学吸附共同控制。Freundlich模型能较好地描述3种活性炭的等温吸附过程,n均大于1,说明吸附过程容易进行。溶液初始pH值对活性炭吸附影响较大,pH值为3(在100 mg/L头孢拉定溶液中,添加0.1 g活性炭,吸附48 h)时,AC-CM、AC-RC和AC-IT对头孢拉定的吸附量最大,分别达到74.76、79.44和62.55 mg/g。溶液中NaCl的存在也增加了活性炭的吸附量。
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    过硫酸铵氧化速生杨木残渣制备纤维素纳米晶体及其表征
    韩彬彬, 韩元帅, 吴煜, 江华, 张洋
    2017 (4):  33-38.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2017.04.005
    摘要 ( 677 )   PDF(2063KB) ( 496 )  
    以去除半纤维素的速生杨木残渣为原料,在70℃下按固液比1:100(g:mL)加入1.5 mol/L过硫酸铵溶液,处理16 h制备纤维素纳米晶体。所得样品为白色粉末状固体,得率(以原料中纤维素质量计)为57%,氧化度为0.156,表面电荷为-42.15 mV。采用透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、核磁共振等技术对得到的纳米纤维素进行表征。结果表明:过硫酸铵去除了原料中的木质素和残余的少量半纤维素,并有选择地将纤维素C6位置上的伯醇羟基氧化成羧基,纤维素纳米晶体保留了原纤维素的结构特征,结晶度为77%,晶体结构以Iβ晶型为主,88.4%的纤维素纳米晶体宽度在10~24 nm之间。
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    NaOH/AQ预处理对玉米秸秆脱木质素及酶解性能的影响
    刘雯雯, 梁龙, 沈葵忠, 房桂干, 田庆文
    2017 (4):  39-46.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2017.04.006
    摘要 ( 870 )   PDF(1093KB) ( 595 )  
    对玉米秸秆进行氢氧化钠/蒽醌(NaOH/AQ)去木质化预处理,考察了预处理温度、时间和NaOH用量对玉米秸秆脱木质素程度的影响,并探讨了脱木质素程度对提高预处理后物料酶解性能的影响。L9(34)正交试验得出较适宜预处理工艺条件为:温度160℃,时间60 min,NaOH用量(以绝干原料质量计)2.8%;其他条件为AQ用量0.05%,固液比1:5(g:mL),此时木质素脱除率为75%,酶解后聚糖转化率达到73.79%。随着物料脱木质素程度的提高,其酶解效率相应增加;当木质素脱除率达到一定程度后,预处理后的聚糖转化率达到最大值,继续提高木质素脱除率,聚糖转化率反而降低。响应面优化的酶水解工艺条件为纤维素酶用量30 FPU/g,β-葡萄糖苷酶10 IU/g,反应时间72 h,温度50℃,底物质量分数2.5%,此时还原糖得率为85.62%。对酶解液进行HPLC分析,酶解液中的葡萄糖质量浓度为14.83 g/L,木糖质量浓度为4.83 g/L。XRD分析显示,预处理前后纤维素的晶型没有变化,而结晶度由31.40%提高至46.91%,表明物料中木质素和半纤维素发生了不同程度的溶出。
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    丙烯酸松香加成物与GMA酯化物的合成与表征
    许建本, 余彩莉, 边峰, 张发爱
    2017 (4):  47-52.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2017.04.007
    摘要 ( 632 )   PDF(846KB) ( 519 )  
    以丙烯酸松香加成物(RA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为单体,三乙胺为催化剂,对苯二酚为阻聚剂,在有机溶剂甲苯中合成了RA与GMA酯化物(RAG),采用单因素和正交试验对酯化反应进行优化。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、凝胶渗透色谱(GPC)、黏度计、核磁共振氢谱(1H NMR)和热重(TG)对酯化物进行了分析与表征。结果表明,RA与GMA酯化物较优合成条件为nGMAnRA=2:1,三乙胺用量为RA质量的0.5%,120℃下反应4 h,该条件下合成的酯化物为深黄棕色澄清液体,酯化率为99.5%,数均相对分子质量为547,重均相对分子质量为848,25℃下测得其质量分数51%甲苯溶液的黏度为10 mPa·s。FT-IR和1H NMR分析表明成功合成了RA与GMA酯化物。TG分析表明酯化物热稳定性高于丙烯酸松香加成物。
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    秸秆与油泥混合成型燃料燃烧过程及动力学研究
    孙文杨, 王黎明, 马超, 马艳茹, 吕洋, 冯康
    2017 (4):  53-58.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2017.04.008
    摘要 ( 618 )   PDF(782KB) ( 530 )  
    为探究农业生物质燃烧性能,以油泥与3种秸秆(玉米秸秆、豆秆、麦秆)为试验原料进行等温燃烧试验,对混合成型燃料的燃烧特性进行了研究,并对反应动力学进行分析。结果表明,随着温度的升高3种混合成型燃料的燃烧最大峰值提前,燃尽时间明显缩短,最大失重速率增加,但燃烧失重率最后基本保持一致。3种混合成型燃料在750~950℃温度下等温燃烧过程的反应级数分别为1.2~1.4、0.9~1.1和1.0~1.2,活化能分别为55~57、50~53和49~55 kJ/mol,指前因子分别为57~113、35~74和76~103 s-1。3种混合成型燃料的燃烧过程遵循燃烧动力学基本方程的规律,并可用一级反应来描述,秸秆种类对混合成型燃料燃烧性能影响不显著。
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    生物质水热炭制备过程的环境影响评价
    于瑞冬, 董悦, 郭明辉
    2017 (4):  59-65.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2017.04.009
    摘要 ( 650 )   PDF(937KB) ( 497 )  
    以生物质水热炭为研究对象,运用生命周期评价(LCA)方法,对生物质水热炭制备过程的环境影响进行分析与评价,通过建立输入、输出清单,从温室效应、环境酸化、资源消耗等方面,基于GaBi6.0软件建立模型并计算,分析生物质水热炭制备过程对环境产生的影响。结果表明:生物质水热炭制备过程对6类主要环境影响由大到小的顺序依次为温室效应、环境酸化、光化学臭氧生成潜力、富营养化、资源消耗和臭氧层破坏;我国为碳密集型发电地区,电能的消耗是该制备过程对环境影响最主要的原因,火力发电排放CO2、SO2、NOx等气体为主要环境影响因素。水热炭化是水热炭制备过程中对环境影响的主要环节。针对此结果,提出降低水热炭化温度、缩短水热炭化时间、提高水热炭产率,从而减少能源的消耗,降低环境影响。
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    综述评论
    生物质炭在重金属污染土壤修复中的应用研究现状
    孙康, 缪存标, 何跃
    2017 (4):  66-74.  doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2017.04.010
    摘要 ( 894 )   PDF(1184KB) ( 644 )  
    为充分发挥生物质炭多孔性、表面活性、选择性吸附和高碱性等性能在有效控制重金属生物迁移中的作用,以期为重金属污染土壤修复技术提供参考。介绍了我国重金属污染土壤的概况,综述了生物质炭在重金属污染土壤修复中的应用,重点介绍了植物修复、化学淋洗、土壤性能改良、固化/稳定化、热解吸修复和电动力学修复等技术的应用情况,简要概述了原料种类、热解温度和表面官能团对生物质炭性质及生物质炭对土壤环境的影响,并展望了生物质炭在重金属污染土壤修复中的发展前景。
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