玉米秸秆制备微晶纤维素预水解的研究

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1、2010年第3期《黑龙江造纸》·论文与综述·玉米秸秆制备微晶纤维素预水解的研究徐永建。敬玲梅(陕西科技大学造纸工程学院陕西省造纸技术与特种纸品开发重点实验室教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室，陕西西安710021)[摘要]研究了以水为介质和乙酸强化的预水解去除玉米秸秆中的半纤维素，以水为介质时，在液比为1：6，升温时间为30min，保温时间分别为90、120、150rain，保温温度为150、160、17O℃，确定最佳工艺条件，在此基础之上，确定乙酸浓度分别为1，2，3时的最佳加酸浓度的工艺条件。得到预水解的最佳工艺条件为

2、：液比1：6，升温时间30min，保温时间120min，保温温度170℃，酸强化的预水解工艺条件为：液比1：6，升温时间30min，保温时间120min，保温温度16O℃，加酸量为1。[关键词]玉米秸秆；预水解；MCC随着人们生活质量的日益提高，对产品的要求MCC的纯度。也越来越严格，微晶纤维素(MCC)作为一种添加剂1实验原料与方法在日化、医疗、食品上的应用也变得越来越广泛。如作为药片的崩解剂，食品中的稳定剂和皮革中的增1．1实验原料黏剂等的一种高值产品，MCC由于其多功能和健康实验所用玉米秸秆来源西安，储存半年，皮髓分环

3、保的特性受到人们的欢迎。制备MCC的原料在离，皮占比例为76．5。国外多为木材，而在国内多为棉。但从原理上讲，只1。2实验设备要是植物纤维原料都能制备MCC，这需要结合工艺采用西北轻工业学院机械厂产ZQS一1型15L条件，工程效益，以及产品质量等因素综合分析。而电热回转蒸煮锅，其内装有1．5L四个小罐。我国玉米秸秆资源拥有量居世界首位，据统计单位2结果与讨论面积可产风干秸秆6．0～7．5t／hm，且随着玉米单产的提高，秸秆产量也随之增加，现已增长到2．2亿2．1玉米秸秆化学组成以及比较表1玉米秸秆皮与其他原料化学组成的比较吨

4、以上。然而这其中42直接还田或过腹还田，30作农用燃料，8作为工业或其它用途，剩余20％还未被利用[1]。以此推算，全国仍有4400万吨玉米秆的使用价值没被充分开发利用，造成极大的资源浪费。采用玉米秸秆制备MCC的高值化利用对创造经济效益有着重大的意义。本实验研究了制备MCC前的玉米秸秆预水解的最佳工艺。注：硝酸乙醇法测纤维素，四溟化法测聚戊糖将玉米秸秆预水解的主要目的是脱出半纤维从表中可以看出实验用玉米秸秆皮的灰分含量素，防止后续乙醇自催化法脱木素后回收木素过程仅为3．32，明显低于其它几种原料。这将有利于中半纤维素对木素

5、沉淀的干扰，同时提高最终产品蒸煮废液的回收和综合利用。值得注意的是，玉米收稿日期：2010—04—15秸秆皮苯醇抽出物含量较高，为麦草和芦苇的2倍，作者简介：徐永建，男，1970年出生，陵西西安人，陕西科技大学主要是因为秸秆皮外表面有一层蜡质。在制浆过程教授，博士。主要研究方向：低污染制浆及溶剂制浆技术，功能性纤维素。中，苯醇抽出物的含量高会阻碍药液渗透，因此蒸煮玉米秸秆制备微晶纤维素预水解的研究秸秆皮时有必要保证一定的空转时间。E一脱木素反应活化能；玉米秸秆皮总木素含量比除稻草外的其它原料R一气体常数；都低，故易成浆，耗药

6、品量也低。另外，秸秆皮中酸溶T一预水解温度(以绝对温度K计)；木素含量高，表明其木素结构中存在着较多的酸不稳K，K为常数定链接形式和分子量较小的组分，因此，玉米秸秆皮按照Brasch和Free提出的预水解时温度每提木素比其它原料的木素更易溶，这对蒸煮时脱木素速高10U预水解反应速率将提高到三倍的经验意见，率将有影响，纤维素含量为51．03，比麦草、甘蔗还即温度系数为3／lo℃，如果定100℃时的反应速率高；聚戊糖含量19．O2，比较适中。从化学成分来常数为1，则任意温度(Q)时的预水解相对反应速率看，作为制备微晶纤维素原料，

7、玉米秸秆皮远优于稻常数KR为：K=3-1从而计算P_因子[引。草、麦草和芦苇等。2．2．2预水解工艺以及结果2．2玉米秸秆的预水解工艺在保温温度分别为150，160，170℃，原始物料2．2．1预水解原理绝干量为100g时考查不同保温时间预水解的物料实验采用水作为预水解剂，其原理是在水解过得率、纤维素含量以及聚戊糖去除率，结果见图1～程中，由于原料本身在热水的作用下分离出乙酰基3或其它酸性物质水解产生有机酸，提供H。‘进行酸水解作用，使半纤维素发生酸性水解而溶出，同时使残留在原料中的半纤维素结构发生变化，在后续蒸煮中易于溶出

8、。预水解能破坏纤维的初生壁，使纤"∞如维的次生壁暴露，提高其与化学药剂的反应能力。再者预水解可控制浆粕聚合度，同时还使部分木素被除去_2]。90l05l20135l50预水解的目的是除去纤维细胞壁中的半纤维保温时阀／mirl图1保温温度为150℃预水解结果素，有利药液渗透，减少后续乙醇自催