超声波辅助碱尿素预处理芒草纤维素纤维的强化萃取

   化工仔小亮        

前言


合成聚合物纤维已经被应用几十年之久由于其令人印象深刻的功能,如高强度,模量和热稳定性。然而,石油资源是不可再生的,而且正在以令人苦恼的速度消耗。越来越多的社会关注环境意识,可持续发展和严格的政府规章制度相结合促进了对新型环保产品的探索和过程。绿色化学,碳中和,可持续性和“摇篮到摇篮”的概念是指导中国农业发展的重要思想新一代绿色材料作为传统的替代品合成聚合物。近年来,木质纤维素类生物质被广泛采用世界上最丰富的可再生资源,已经吸引作为全球关注的纤维来源。环保可分级植物来源的木质纤维素纤维已被用作主要原料生物复合材料或以纸浆为基础,可获得的填料和增强体产品。由于其可用性、成本低、可再生性质、生物性可降解性,低密度(轻质),非研磨性加工设备,绝缘性能好/热稳定性好从植物生物量中提取纤维已获得近年来作为制造原料食品和非食品包装。

超声波辅助碱尿素预处理芒草纤维素纤维的强化萃取


研究内容


本文作者研究了超声辅助碱脲(UAAU)预处理对芒茎生物量的增强作用纤维素纤维的脱木质素和提取。考察了前处理条件的影响:so-浸提时间(10.0、15.0、20.0 min)、碱(NaOH)浓度(2.0、3.5、5.0 %,w/v)和尿素-浓度(1.0、1.75和2.5%,w/v)对脱木质素和纤维素含量的影响。工艺参数采用响应面法(RSM)对箱形Behnken设计进行了研究和优化(bdd)。从RSM-BBD分析,他优化的预处理条件为2.1% NaOH, 1.7%尿素和超声处理时间为15.5 min,最大纤维素和木质素含量分别为47.8%和27.5%。用FTIR、色度计、SEM、XRD、TGA对预处理后的样品进行了表征分析。UAAU预处理样品的脱木质素和纤维素含量均高于AU预处理样品没有声波降解法治疗。此外,超声波过程允许选择性地去除木质素大幅度降低纤维素纤维的功能。UAAU预处理样品表现较高热稳定性,纤颤,结晶度指数和更小的晶体尺寸。


研究方法


Miscanthus×giganteus生物量(MB)由安大略提供生物质生产者合作公司,加拿大安大略省,2018年10月。氢氧化钠,尿素,乙醇和浓盐酸均购自Fisher Scientific International Inc.(渥太华,加拿大安大略省)。所有的化学物质,分析等级或更高纯度,被使用作为收到没有进一步改变。


超声波辅助碱尿素预处理芒草纤维素纤维的强化萃取


Box-Behnken设计矩阵及其响应


超声波辅助碱尿素预处理芒草纤维素纤维的强化萃取


未处理和预处理芒草生物量的SEM显微结构图像


超声波辅助碱尿素预处理芒草纤维素纤维的强化萃取

未处理和预处理芒芒生物量的红外光谱

超声波辅助碱尿素预处理芒草纤维素纤维的强化萃取

超声处理时间、氢氧化钠浓度和尿素浓度对纤维素含量(a - c)和木质素提取(d - f)的影响



结论


最后,本文研究探讨应用超声辅助的可行性碱脲(UAAU)预处理对芒草脱木质素作用的研究生物质。预处理条件(超声时间、NaOH和采用响应面法优化尿素浓度。随着超声治疗的增加,脱木质素明显增加时间和NaOH浓度。最佳条件在2.1% NaOH, 1.7%尿素,超声时间15.5 min,导致纤维素和木质素含量分别为47.8%和27.5%结果与预测值的相关度分别为47.2%和27.2%分别。尿素在试验浓度(1 - 2.5%),对脱木质素的影响不显著(p>0.05)。

结果是研究表明,芒草生物质可能是一种理想的来源纤维素纤维经过选择性地去除木质素和半纤维素通过声化学提取,无明显降解纤维。表征分析证实了UAAU的存在处理能有效地提取芒草中的纤维素纤维生物材料热稳定性高,结晶度高,结晶度小比那些未处理的生物量的大小。这些发现可能对提取纤维素纤维的放大工艺眼角,和潜在的其他生物。进一步的研究需要确定UAAU预处理的总能源成本的过程。


文章来源:


ltrasound-assisted alkali-urea pre-treatment of Miscanthus × giganteus for enhanced extraction of cellulose fiber


S.S. Singh, et al. Carbohydrate Polymers 247 (2020) 116758


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