《TEMPO介質體系循環氧化降解農林廢棄物木質素機理的研究》是依託南京林業大學，由翟華敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：TEMPO介質體系循環氧化降解農林廢棄物木質素機理的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：翟華敏
- 依託單位：南京林業大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
利用TEMPO氧化循環體系作用農林廢棄纖維原料時，TEMPO應優先脫除木素，在完成脫木素時再氧化纖維素中的C6為羧基，達到在高選擇性脫木素製漿的同時對紙漿進行強度改性，木質素的氧化產物有可能是重要的生物質化學品，揭示TEMPO介質體系的催化降解農業秸稈木質素的機理對我國豐富生物質高效利用基礎問題的認識及其相應技術的開發具有重要意義。將研究TEMPO和NaBr的配比、NaClO用量、體系pH值、離子強度、反應溫度、漿濃、反應時間等因素對桑枝、稻麥草粉木質素降解的影響，定量地揭示體系組分和催化條件對木質素降解反應性的影響；用鹼性硝基苯氧化、臭氧解、核交換等選擇性分析方法和波譜等物理方法揭示TEMPO介質體系催化氧化降解農林秸稈木質素的機理；通過對纖維的黏度、得率、羧基、醛基、結晶度等分析，獲得TEMPO對農林廢棄物脫木素的選擇性；同時可獲得對纖維強度改性效果的正確理解。
結題摘要
TEMPO氧化體系是一種高效的自由基氧化體系。研究了TEMPO介質體系與木質素和纖維（素）的反應機理和影響因素。主要成果如下。 （1） 在25℃，100℃和165℃分別用鹼提取得三種麥草黑液，分別經酸沉澱（pH值逐步至10.5， 9.0和2.0 ），得對應的3個木質素級分。結果表明：pH 10.5級分為木質素分子量高、含量低，酚羥基含量低，自由基清除能力非常差；pH 2.0級分為降解程度大的木質素級分，其分子量較低，酚羥基含量高，具優異的抗自由基能力。高提取溫度導致更多的木質素降解，產生的更多酚羥基，因此，165℃提取的木質素級分表現出最佳的自由基捕獲潛能。影響自由基清除能力因素為：酚羥基、甲氧基和木質素分子量。 （2） TEMPO氧化體系中的NaClO是造成木質素降解的主要原因，TEMPO的加入則進一步促進了木質素的降解和溶出。在TEMPO氧化過程中，木質素進一步發生縮合，同時β-O-4結構木質素進一步降解。將為TEMPO氧化體系改性富含木質素的纖維原料提供理論依據。 （3）TMP長纖維組分經TEMPO選擇性氧化，得到了表面富含羧基、纖維素降解程度低的氧化長纖維。該方法克服了TMP製漿過程中長纖維組分由於比表面積低、木質素含量高、不易潤脹、纖維表面羥基含量低等造成的纖維間結合力低的缺點；表面引入大量羧基後的氧化纖維更易潤脹，可顯著提高成紙抗張強度和耐破度，對拓展TMP漿料在其它紙張上的套用提供了理論基礎和新技術。 （4）對不同TMP級分，TEMPO氧化體系在其表面引入的羧基含量是相同的，TEMPO氧化體系在纖維表面引入的羧基含量與其纖維尺寸和比表面積無關，只與其纖維素含量有直接關係。研究表明，相對TMP短級分（R100、R200），TEMPO氧化體系對長組分（R14、R28、R48）的增強效果更為明顯；在相同的條件下TEMPO氧化體系可有效改善長纖維級分的白度，而對短級分則效果不明顯。該發現為TEMPO氧化體系改善紙張強度提供了更明確的套用方向。 （5）TEMPO氧化長纖維、陽離子化長纖維與未處理長纖維和短纖維混合抄片可提高紙張強度、漿料濾水和白水性能。陽離子密度為289 mmol/kg的陽離子長纖維比例在0.4-0.8，羧基含量為553 mmol/kg的氧化長纖維比例在0.2 -0.6之間配合使用，可以同時實現漿料良好的脫水性能及紙張抗張強度。
