麦草碱木质素微波辅助氧化降解研究

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工业木质素主要来源于制浆造纸工业,每年从制浆造纸工业可以得到5000万t左右的木质素副产品。但由于木质素本身结构复杂,对其改性利用比较困难,而造成了严重的环境污染和资源浪费。然而木质素具有价格低廉、无毒、来源丰富等优点,可替代部分石油化工产品原料,应用于石油工业、建筑陶瓷业、印染行业、农药和煤炭等行业,在促进造纸行业的发展和可再生的资源开发方面具有重大的意义。论文首先讨论了H2O2、甲酸、(NH42S2O8、CuSO4·5H2O/CuO/Fe2(SO43等催化氧化剂在微波辅助的条件下对麦草碱木质素氧化降解的效果。实验结果表明,单独使用H2O2作为氧化剂降解木质素,可以获得较高的木质素降解率,在优选条件下,木质素的降解率可达90.20%,但单酚收率较低,仅为2.62%。当以CuO和Fe2(SO43为催化氧化剂时,单酚收率提高到3.26%,但木质素的降解率降低了,最高为36.10%。因此,选择H2O2、CuO和Fe2(SO43复合体系作为木质素降解体系的氧化催化剂以获得较高的木质素降解率和单酚类物质的收率。对碱木质素氧化降解过程中,Cu2+作为电子受体能够加速苯氧基自由基的形成,而Fe3+与双氧水解离的-OOH自由基结构能够形成新的反应中间体,以攻击木质素形成降解产物,从而增强降解反应的效果。根据单因素分析法得出木质素降解产物中单苯环酚类物质最高收率的条件:碱木质素0.3g,碱溶液加入量14.0g,CuO0.08g,Fe2(SO430.004g,H2O22.0ml,反应温度180℃,反应时间90min,碱浓度3.0mol/L,此时得到的反应产物的收率达11.56%,降解率达到87.50%。对降解后的木质素及产物进行了凝胶渗透色谱,高效液相色谱,红外以及核磁氢谱分析。凝胶渗透色谱分析表明,碱木质素在微波辅助条件经过氧化反应后,重均分子量从9100g/mol降到6500g/mol,多分散性由3.96降低到2.60,都出现较大程度的下降,说明大分子结构发生了降解。液相色谱数据表明降解所生成的物质主要为没食子酸、对羟基苯甲醛、对羟基苯甲酸、丁香酸、丁香醛、香草醛、对香豆酸、阿魏酸和异阿魏酸等物质。红外和核磁分析表明,这些物质主要由碱木质素中三种基本结构单元之间的连接键(C-C、C-O-C等)的断裂而生成。
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