甘蔗渣均相化学改性及其材料制备

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1、博士学位论文甘蔗渣均相化学改性及其材料制备作者姓名陈铭杰学科专业制浆造纸工程指导教师孙润仓所在学院轻工与食品学院论文提交日期2015-04-15HomogenousChemicalModificationofBagasseandTransformationofBagasseintoBio-basedMaterialsADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorofPhilosophyCandidate：ChenMingjieSupervisor：Prof.SunRuncangSout

2、hChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TS727学校代号：10561学号：201010104584华南理工大学博士学位论文甘蔗渣均相化学改性及其材料制备作者姓名：陈铭杰指导教师姓名、职称：孙润仓教授申请学位级别：工学博士学科专业名称：制浆造纸工程研究方向：植物资源化学与生物质转化利用论文提交日期：2015年04月15日论文答辩日期：年月日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：委员：华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是

3、本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布

4、学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。□不保密,同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：指导教师签名：日期作者联系电话：电子邮箱：联系地址(含邮编)：摘要以植物纤维形式存在的木质纤维生物质资源是世界上

5、最丰富的绿色可再生资源，可用于替代传统的化石资源作为未来工业原材料。在过去的几十年里，已有大量的研究将木质纤维生物质资源转化为生物质液体燃料、生物质平台化合物等。尽管生物质精炼的研究已取得了一系列的进展，然而目前木质纤维生物质转化的研究主要集中于生物质化学品以及生物质能源，鲜有报道将木质纤维生物质直接作为材料替代合成聚合物在材料工业的应用。生物质材料研究的主要障碍在于生物质复杂的化学结构以及极小的加工窗口。近年来，研究人员开发了几类木质纤维生物质全组分的溶剂系统，包括离子液体、二甲基亚砜/氯化锂、二甲基亚砜/N-甲基咪唑等

6、，这些新型溶剂系统的开发为木质纤维生物质资源的利用提供全新的途径。本论文研究了甘蔗渣的均相化学改性以及采用溶液加工的方法制备了甘蔗渣新型材料。研究了在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐中、无催化剂条件下马来酸酐对甘蔗渣的均相化学改性，成功的把羧基基团引入到甘蔗渣中。优化了马来酸酐用量、反应温度、反应时间等反应条件，以达到最佳反应效果。采用产物重量增加百分比（WPG）表示马来酸酐对甘蔗渣的改性程度。研究发现，增加马来酸酐的用量可以有效地提高WPG。oo把反应温度由50C提高到110C，WPG由7.0%提高到25.8%，但进一

7、步将温度提高oo反应温度到130C会导致WPG降低。在110C下，当反应时间为60min时，WPG达13到最大值44.1%。FT-IR以及固体CP/MASCNMR分析表明，甘蔗渣中木素、纤维素和半纤维素三大组分同时参与了与马来酸酐的酯化反应。XRD研究表明，均相化学改性后，甘蔗渣的结晶结构被破坏，结晶度下降。甘蔗渣纤维素结晶变体形态没有发生改oo变。TGA/DTG研究结果表明，在300C以下，改性甘蔗渣的热稳定性下降；在300C以上，改性甘蔗渣的热稳定性则增加。研究了甘蔗渣在离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐中与环状酸酐

8、的均相酯化反应。甘蔗渣酯化改性程度可以通过调整环状酸酐的用量控制。采用马来酸酐、丁二酸酐和邻苯二甲酸酐在1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐中对甘蔗渣改性，最高WPG分别可以达到184%、1398.1%和147%。FT-IR和固体CP/MASCNMR光谱研究结果表明，甘蔗渣的均相酯化改性顺利的进行并生成相应的酯