提纯、分级和解聚对竹硫酸盐木质素结构及紫外吸收性能的影响

作     者：刘邦粹 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李兵云

授予年度：2022年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：硫酸盐木质素 紫外吸收 提纯 分级 解聚 

摘      要：木质素自身的苯环结构以及酚羟基、羰基、碳碳双键等官能团使其具备了紫外吸收性能,而低细胞毒性、生物可降解性等优点使其可以安全地用于化妆品制剂和防晒霜中。硫酸盐木质素是硫酸盐法制浆的副产物,产量大且成本低,作为可持续高值化利用的木质素来源具有良好的开发利用前景。然而,硫酸盐木质素中含有碳水化合物和无机盐等杂质、制浆过程中木质素的裂解和缩合进一步增加了其结构的复杂性、单独使用时制备的防晒霜达不到高防晒系数要求等原因,对其在紫外防护领域的应用造成了一定的阻碍。针对上述问题,本论文以粗竹硫酸盐木质素为研究对象,通过提纯、分级、解聚等方法对其进行处理,并探究了处理前后木质素中有利于紫外吸收性能提高的结构含量和紫外吸收性能的变化。首先,通过酸析法、酸析-Lundquist法分别对粗竹硫酸盐木质素进行提纯,得到两种提纯产物。通过组分分析、凝胶渗透色谱、红外光谱和核磁共振波谱对粗竹硫酸盐木质素及其提纯产物进行了表征。实验结果表明,经酸析法、酸析-Lundquist法提纯后,木质素纯度从77.5%分别提高至91.5%和93.6%。酸析法提纯能够较好地保留共轭羰基和对香豆酸、阿魏酸等有利于紫外吸收性能提高的结构,而这些结构在酸析-Lundquist法提纯中出现了较为严重的损失。还通过紫外光谱对粗竹硫酸盐木质素及其提纯产物进行了表征。结果表明,与粗硫酸盐木质素相比,酸析法提纯得到的木质素在290-400 nm波长范围内的紫外吸收性能出现了明显的提高。而与酸析法提纯得到的木质素相比,酸析-Lundquist法提纯得到的木质素在290-320 nm和360-400 nm波长范围内的紫外吸收性能出现了小幅提高,但在320-360 nm波长范围内的紫外吸收性能出现了小幅降低。其次,通过乙酸乙酯、丁酮和丙酮依次对酸析木质素进行萃取分级,得到四种木质素级分。通过凝胶渗透色谱、红外光谱和核磁共振波谱对酸析木质素及其不同级分进行了表征。实验结果表明,有机溶剂分级可以将木质素按照相对分子质量有效地分离开,有利于实现对乙酸乙酯级分的准确分析。乙酸乙酯级分的相对分子质量较小、均一性改善,且含有较高含量的愈创木基结构单元、带有α-羰基的紫丁香基结构单元、酚羟基、对香豆酸和阿魏酸等有利于紫外吸收性能提高的结构。还通过紫外光谱对酸析木质素及其不同级分进行了表征。结果表明,与酸析木质素和其他级分相比,乙酸乙酯级分在290-400nm波长范围内的紫外吸收性能明显提高。最后,通过碱催化解聚结合乙酸乙酯萃取的方法制备出解聚木质素。通过凝胶渗透色谱、红外光谱和核磁共振波谱对解聚木质素进行了表征。实验结果表明,解聚木质素中S型和H型结构单元含量明显降低、G型结构单元含量明显提高,有利于木质素紫外吸收性能的提高。但阿魏酸和对香豆酸结构的损失和邻苯二酚结构的生成,会对木质素紫外吸收性能以及颜色产生不利影响。还通过紫外光谱对酸析木质素及其不同级分进行了表征。结果表明,与未解聚木质素相比,解聚木质素在290-340 nm和360-400 nm波长范围内的紫外吸收性能明显提高,但在340-360nm波长范围内的紫外吸收性能没有明显差异。