甘蔗渣纤维素的提取及半纤维素与木质素脱除技术探讨

3.2.1　甘蔗渣纤维素提取及半纤维素与木质素脱除工艺探讨

3.2.1.1　H₂O₂质量分数的影响

取预处理的甘蔗渣粉末4 g，按液料比30∶1，加入质量分数分别为0、0.3%、0.5%、0.6%、0.7%、0.9%的H₂O₂和质量分数为4%的NaOH混合溶液，80℃处理4 h，测定纤维素质量分数及木质素与半纤维素的脱除率。

有研究表明，在NaOH溶液中加入H₂O₂可促进木质素的脱除。为了验证H₂O₂质量分数对甘蔗渣纤维素的提取及木质素与半纤维素的脱除的影响，作者在质量分数为4%的NaOH处理溶液中加入了质量分数分别0、0.3%、0.5%、0.6%、0.7%、0.9% H₂O₂。通过检测发现(见图3.1)，加与不加H₂O₂对甘蔗渣纤维素的质量分数影响不大，而对木质素和半纤维素的脱除影响较大，尤其是木质素的脱除。当不加H₂O₂时，纤维素质量分数为68.3%;当H₂O₂质量分数为0.3%时，纤维素质量分数达到了72.97%，随后缓慢增加，在H₂O₂质量分数为0.6%时，纤维素质量分数达到最高，为73.33%，随后下降;而不加H₂O₂时，木质素脱除率仅为33.08%，当H₂O₂质量分数为0.3%时，木质素脱除率升到68.38%，随后缓慢增加，在H₂O₂质量分数为0.7%时，脱除率达到最高，为75%，随后下降;当不加H₂O₂时，半纤维素脱除率也仅为47.13%，当H₂O₂质量分数为0.3%时，半纤维素脱除率达到了57.46%，随后缓慢增加，当H₂O₂质量分数为0.7%时，脱除率达到最高，为74.58%，随后下降。说明H₂O₂可以促进NaOH对甘蔗渣木质素和半纤维素的脱除。虽然H₂O₂质量分数为0.7%时，纤维素质量分数不是最高，但与最高量相差不大，而木质素和半纤维素的脱除率均最高。因此，经综合考虑H₂O₂质量分数选用0.7%。

图3.1　H₂O₂质量分数对甘蔗渣纤维素提取及木质素与半纤维素脱除的影响

3.2.1.2　NaOH质量分数的影响

取预处理的甘蔗渣粉末4 g，按液料比30∶1，分别加入质量分数为0.7%的H₂O₂和质量分数分别为0.5%、1%、2%、4%、6%的NaOH的混合溶液，80℃处理4 h，测定纤维素质量分数及木质素与半纤维素的脱除率。

如图3.2所示，随着NaOH质量分数的增加，纤维素质量分数逐渐增加，但变化幅度不大，当NaOH质量分数为6%时，达到最高，为73.25%;木质素脱除率也随着NaOH质量分数的增加而逐渐增加，在质量分数为4%时，达到最高，为72.36%，随后开始下降;NaOH质量分数对半纤维素脱除有较大影响，当NaOH质量分数低于1%时，半纤维素脱除率较低，0.5%和1%时脱除率分别为43.58%和42.67%，但当NaOH质量分数为2%时，半纤维素脱除率迅速增加，达到63.67%，随后缓慢增加，在质量分数为4%时达到最高，为67.67%，后又开始下降。虽然NaOH质量分数为4%时纤维素质量分数不是最高，但与最高量相差不多，并且在4%时木质素和半纤维素的脱除率均最高。因此，综合考虑选用4%为NaOH溶液质量分数。

图3.2　NaOH质量分数对甘蔗渣纤维素提取及木质素与半纤维素脱除的影响(www.xing528.com)

3.2.1.3　反应温度的影响

取预处理的甘蔗渣粉末4 g，按液料比30∶1，加入质量分数为4%的NaOH和质量分数为0.7%的H₂O₂混合溶液，分别在65℃、75℃、80℃、85℃、95℃处理4 h，测定纤维素质量分数及木质素与半纤维素的脱除率。

如图3.3所示，随着反应温度的增加，纤维素质量分数先稍有下降，后又缓慢增加，在80℃时，达到最高，为74.85%，随后下降;随着反应温度的增加，木质素脱除率逐渐增加，在95℃时，达到最大，为77.8%;随着反应温度的增加，半纤维素脱除率先下降，后又增加，在85℃时达到最高，为72.46%。在85℃时虽然纤维素质量分数和木质素脱除率不是最高的，但它们与最高值差别不大，因此综合考虑反应温度选用85℃。

图3.3　反应温度对甘蔗渣纤维素提取及木质素与半纤维素脱除的影响

3.2.1.4　NaClO₂浓度的影响

取上述处理过的甘蔗渣粉末4 g，按液料比30∶1，加入浓度分别为7.5、8.5、9.5、10.5、11.5 g/L NaClO₂和31 mL/L乙酸的混合溶液，75℃处理1 h，测定纤维素含量及木质素与半纤维素脱除率。

如图3.4所示，虽然NaClO₂浓度变化对木质素脱除率影响不大，但NaClO₂的加入却大大增加了甘蔗渣木质素的脱除。在未加入NaClO₂时，木质素率最高值为77.8%，在加入NaClO₂后，木质素脱除率均在90%以上，并且在浓度为8.5 g/L时达到最高，为94.44%，随后下降;NaClO₂的加入使半纤维素脱除也稍有增加，但增加的不多，并且随着NaClO₂的浓度增加，半纤维素脱除率缓慢增加，在10.5 g/L时达到最大，为75.54%，随后缓慢下降;纤维素含量随着NaClO₂的加入也稍有增加，但纤维素含量随着NaClO₂浓度的增加有所波动，在浓度为9.5 g/L时达到最高，为82.73%。虽然在浓度为9.5 g/L时木质素和半纤维素脱除率不是最高，但与最高值差别不大，因此综合考虑选取9.5 g/L作为NaClO₂处理浓度。

图3.4　NaClO₂浓度对甘蔗渣纤维素提取及木质素与半纤维素脱除的影响