臭氧漂白硫酸盐蔗渣浆制备纳米纤维素的研究

作     者：张清红 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘明友

授予年度：2016年

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：硫酸盐蔗渣浆 臭氧处理 动态高压微射流 结晶度 平均粒径 

摘      要：随着经济的发展,人们的环保意识越来越强,变废为宝的概念日益增强,研究者们纷纷投入这样的工作中。另外,我国是农业生产大国,过程会产生很多农作物废弃物,传统的处理方式是焚烧、掩埋,这样的处理方式造成资源的浪费并造成环境污染。传统纳米纤维素的制备采用物理法或者化学法,其中物理法能耗巨大,化学法涉及到的强氧化剂对环境造成严重影响。本论文为一种制备纳米纤维素的新方法提供理论基础和技术支持。本论文采用蔗渣为原料,通过硫酸盐蒸煮法去除原料中的大部分木质素和半纤维素,本次实验分两个部分:TCF漂白(包涵臭氧在内)和后期的物理方法制备纳米纤维素。本论文设计了单因素实验,对比得出了臭氧处理过程中浆浓、臭氧用量、pH值对氧脱后的蔗渣浆的影响,其参考指标为卡伯值、粘度和结晶度。通过对三个影响因素的对比研究,得出室温条件下最佳臭氧处理条件:35%浆浓、臭氧用量10.1mg、pH值为2.5。在此条件下可得到蔗渣浆卡伯值2.6,粘度388ml·g-1,结晶度61%。臭氧处理后采用NaOH溶液对残留在纤维之间的木素成分洗净。为进一步脱除残留木素并破坏纤维素非结晶区结构,本实验采取H2O2处理臭氧后的蔗渣浆,采用单因素实验方法探讨了H2O2处理工艺参数,得出H2O2处理的最佳条件是:NaOH用量0.8%,H2O2用量2.5%,处理时间2h,处理温度90℃。在此条件下得到的蔗渣浆卡伯值1.4,粘度308ml·g-1,结晶度57.6%。初步处理完蔗渣浆之后,采用PFI磨浆机进行处理,在10%浆浓情况下,分别在转数为500R、750R、1000R、1250R处理蔗渣浆,对比研究得出在转数为1000R时可得到较为理想的微晶纤维素,其粘度为104ml·g-1,结晶度为64.9%,平均粒径为24μm,对比市场上购买的分别产自山东和江苏的两种微晶纤维素,其粘度分别为114ml·g-1和187 ml·g-1;结晶度分比为62%和63.8%;平均粒径分别为38μm和53μm,本实验所得的微晶纤维素结晶度更高,粘度更小。分别对三种微晶纤维素进行酸处理,单因素实验分析硫酸浓度对微晶纤维素的影响,对比研究在酸浓度为60%时能达到理想效果,得到三种微晶纤维素的平均粒径分别为0.6μm,0.9μm和1.1μm;结晶度为67.3%,64.4%和65.7%。后续进行高压微射流均质处理。单因素实验得出,在纤维素与去离子水的质量比为1/800、均质次数为16次和均质压力为18Kpsi的条件下可得到最佳的纳米纤维素,三种纤维素的平均粒径分别是12.3nm、43.6nm和86.3nm;结晶度分别是71.4%、67.5%和69.3%。较市场购买的两种微晶纤维素制取的纳米纤维素而言,本实验获得的微晶纤维素在相同条件下能得到平均粒径更小,结晶度更高的纳米纤维素。