生物质之木质素的开发利用

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1、生物质资源开发与利用报告浅谈木质素的利用2015/6/30姓名：学号：学院：生命科学学院班级:生物技术联系方式:]木质素是植物体此次生代谢合成的一种天然有机高分子物质，它与纤维素和半纤维素构成植物骨架的主要成分，完全取材于植物，无任何化学添加剂，对环境无任何副作用。木质素的组成结构比较复杂，并具有极强的活性，不能被动物消化，在土壤中能被转化成腐殖质。木质素在自然界存在的数量很大，据统计，每年全世界可生长1500亿吨木质素，而且总是与纤维素伴生。木质素早在1838年由法国农学家P.Poyen发现，后来F.Schulze分离出了这种化合物并命名为Lignin中译为木质素

2、。然而对木质素的系统研究与利用却是在发现近百年之后，至今仍没有很好的利用方式。1、木质素的性质1．1木质素的物理性质植物中的原本木质素的主要部分是与糖类紧密连接并形成巨大的空间网状结构，这种木质素糖类复合物在所有的溶剂中都不溶解，所谓木质素的物理性质，通常都是用某种方法分离提取出来的低相对分子质量的木质素的物理性质，并非是原本木质素的性质。木质素的物理性质不仅与植物的种类、构造、部位、生长周期有关，而且也与分离提取的方法有关。在电子显微镜中看到的木质素为球形或块状。原木质素是一种白色或接近于无色的物质，相对密度在1.35~1.50之间。木质素结构单元中没有不对称碳，

3、所以没有光学活性。木质素的燃烧热值相对来说比较高，这正是造纸黑液碱回收的依据之一。木质素作为对羟基肉桂醇类的酶脱氢聚合物，结构中存在许多极性基团，尤其是较多的羟基，造成了很强的分子内和分子间的氢键，所以原本木质素不溶于水和任何溶剂。分离木质素发生了缩合和降解，物理性质也随之有所改变，从而有了可溶木质素与不可溶木质素之分，前者是无定形结构，后者则是原料纤维的形态。木质素是一种阴离子电解质，在电场中向阳极移动。利用这一特点，可用玻璃纤维滤纸的电泳来研究木质素和糖类之间的连接或断开，可用电泳法来分离木质素和糖类，也可用电泳法和电渗析法来分离造纸黑液中的木质素及木质素磺酸盐

4、。原本木质素的相对分子质量的分布很宽，分离木质素的相对分子质量要低得多这与分离方法有关。通常，重均分子量用光散射法、超速离心法及沉降平衡法等测定；数均分子量用渗透压法、凝固点下降法、凝胶渗透色谱法和高压液相色谱法等测定。不溶性木质素的相对分子质量可用热软化法测定。凝胶渗透色谱法用来测定木质素的相对分子质量和分子量分布已经取得了很好的结果，因而被许多木质素研究者认为是测定木质素相对分子质量和分子量分布方法中最快、最容易和最可靠的技术。凝胶渗透色谱法的关键是选择合适的凝胶固相。除了酸木质素和铜铵木质素，原本木质素和大部分分离木质素都为一种热塑性高分子物质，无确定熔点，具

5、有软化点和玻璃态转化温度，而且玻璃态转化温度较高。木质素具有芳香环结构，分子内和分子间又有许多氢键，使得大部分分离木质素对热是稳定的。对于木质素来说，红外吸收光谱、紫外吸收光谱和核磁共振能提供许多结构信息，是进行木质素结构分析的基础。1.2木质素的化学性质木质素的分子结构中存在芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、共轭双键等活性基团，可以进行氧化、还原、水解、醇解、酸解、光解、酰化、磺化。烷基化、卤化、硝化、缩聚或接枝共聚等许多化学反应。其中又以氧化、酰化、磺化、缩聚和接枝共聚等反应性能在研究木质素的应用中显示着尤为重要的作用，同时也是扩大其用途的重要途径。在

6、此过程中，磺化又是木质素应用的基础和前提，到目前为止，木质素的应用大都以木质素磺酸盐的形式加以利用。木质素的显色反应可用于木质素的定性和定量分析。木质素还具有黏合性、螯合性、迟效性和吸附性。2、木质素的分离提取木质素的分离是要获得比较纯的木质素样品，或者是具有特定结构、性质的样品，所以有许多方法，在工业上，一般是利用纤维素时将木质素分离出来。木质素的分离思想有两类，一是将植物中木质素以外的成分溶解去除，木质素作为不溶性成分过滤分离出来，另一类是以木质素作为可溶成分，将植物体中的木质素溶解而纤维素等其他成分不溶解进行的分离。木质素的提取方法主要有以下几种：2.1物理研

7、磨提取法该方法实验了磨木木质素的分离和纯化过程，先使用深度球磨的方法，接着用溶剂萃取，离心之后再次萃取干燥。2.2碱析法该方法机理是：由于造纸黑液中的木质素含有酚羟基、酚醇基、羧酸基、基等易螯合基团，是一种典型的多基配位体，可与投加的金属离子形成具有螯合作用的木质素螯合物。木质素的析出率随着PH值增大而增大。2.3酸沉淀法在工厂里一般用硫酸或二氧化硫调节造纸黑液的PH值使木质素沉淀出来，再进行后续处理。2.4超滤法木质素的分子质量为5~50ku的高分子化合物，原则上可以用超滤法从造纸黑液中提取。实验证明，超滤法可以有效地回收造纸黑液中的木质素。2.5混凝沉淀法造