生物质 纤维素的物理化学性质.ppt

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1、第二章纤维素及其衍生物第一节纤维素的化学结构及生物合成1绪论1.1纤维素的来源各种植物中的纤维素含量植物物质纤维素（%）棉花95-99苎麻80-90竹40-50木40-50树皮20-30苔藓25-30在有机体中结合碳的分布在有机体中结合碳的分布1.2植物纤维的化学组成1.2.1植物纤维原料概述1.2.1.1自然界植物的分类自然界植物分类单位:界、门、纲、目、科、属、种系统分类法：藻类植物、苔藓植物、蕨类植物、种子植物（裸子植物，被子植物）。菌类植物已列入微生物类。1.2.1.2造纸工业对植物原料分类木材纤维原料（1）针叶材：软木裸子植物（

2、2）阔叶材料：硬木被子植物非木材纤维原料（1）竹类（2）禾草类（3）韧皮类（4）籽毛类1.2.2主要成分概述（1）纤维素（2）半纤维素（3）木质素纤维素是天然高分子化合物，其化学结构式的确定，就是将纤维素水解成纤维素叁糖、纤维素贰糖，最后一个产物是葡萄糖。2、纤维素的分子结构2、纤维素的分子结构2.1化学结构1838年，法国科学家AnselmePayen第一次分离并命名纤维素，然而直到1932年才由Staudinger确定它的聚合物形式。经长期研究，确定其化学结构是有很多D-吡喃葡萄糖彼此以β(1-4)苷键连结而成的线性巨分子。化学式为C

3、6H10O5,化学结构的实验分子式为(C6H10O5)n,含碳44.44%,氢6.17%,氧49.39%.葡萄糖：C6H12O6纤维素的化学结构2.1.1葡萄糖环形结构的确定纤维素完全水解时得到99％的葡萄糖，分子式为C6H10O5葡萄糖的半缩醛结构的立体环为（1-5）连接葡萄糖的三个游离羟基位于2、3、6三个碳原子上，由于葡萄糖环内为（1-5）连接，葡萄糖酐间形成（1-4）连接，所以留下三个羟基，经证明分别位于C2，C3上的仲羟基和位于C6位上的伯羟基。这三个羟基酸性大小按C2，C3，C6位排列，反应能力也不同。4．纤维素大分子中的末端

4、基纤维素大分子的两个末端基的性质是不同。一端为还原性末端基；另一端为非还原性末端基。还原性末端基非还原性末端基第二节纤维素的分子量和聚合度1.概述1.1纤维素的分子式C6H11O5-（C6H10O5)n-C6H11O51.2纤维素的多分散性纤维素是不同聚合度的分子混合物，即分子结构单元相同，结构单元间的连接方式也相同，但各个分子的聚合度不同。这种现象称之为纤维素的多分散性。2.常用的统计平均分子量和平均聚合度常用的统计平均分子量有：数均分子量Mn；质均分子量Mw；2.1数均分子量MN对于一个纤维素试样：分子量分别为：M1、M2、…Mi…分

5、子个数为：n1、n2、…ni…第i组聚合物的质量为：wi=niMi分子的总质量∑niMiMn=------------------------=---------------分子的总个数∑nini=∑-------Mi=∑NiMi∑ni注：Ni=i组聚合物的分子分数2.2质均分子量MWwi∑niMi2Mw=∑---------Mi=------------∑wi∑niMi3.纤维素的多分散性与分级纤维素是不同聚合度的分子混合物，即分子结构单元相同，结构单元间的连接方式也相同，但各个分子的聚合度不同。这种现象称之为纤维素的多分散性。3.1纤

6、维素的分级方法分级的概念和分级方法按不同聚合度将多分散性的纤维素试样分成若干级分的纤维素试样称之为分级。常用的分级方法：沉淀分级法、溶解分级法和凝胶穿透色谱法（gelpermeationchromatography-GPC）等。3.2溶解分级及沉淀分级的原理C1/C2=e-Pε/ktC1—溶液相浓度；C2—凝液相浓度；ε—高分子物在两相中的位能差；K—波茨曼常数；P—高分子聚合度；t—绝对温度。沉淀分级当加入沉淀剂于溶液中，溶剂的溶解能力降低，良溶剂转变为不良溶剂，溶液相中聚合度大的分子会沉淀出来。如果将沉淀分离出来，再重复操作就可以达到

7、分级的目的，此法称之为沉淀分级。溶解分级当加入良溶剂于溶液中时（或增加溶剂的用量），溶液的溶解力升高，凝液相的高分子物质将溶解，如果将其分离出来，再重复操作，会使溶解部分的聚合度逐渐增高。3.3凝胶渗透色谱法(GPC)（GELPERMEATIONCHROMATOGRAPHY）利用高分子溶液通过填充有特种多孔性填料（常用交联聚苯乙烯凝胶或硅胶）的柱子，依分子量大小在柱上进行连续分级的方法。凝胶渗透色谱的分离机理比较复杂，目前有体积排除理论（SizeExclusionChromatography，SEC）、流体力学理论、扩散理论等。GPC分离

8、机理示纤维素分子量分布的表示方法表格表示；图解表示；分布函数表示（积分重量分布曲线；微分数量分布曲线；微分重量分布曲线）。第三节纤维素的聚集态结构1.纤维素的结构层次纤维素的结构包括分子链结构