Page 63 - 《精细化工》2020年第3期

第 3 期 白毓黎，等: 酶解秸秆残渣中木质素的提取及应用 ·481·

为内标，采用核磁共振波谱仪对木质素样品进行 优的乙醇体积分数为 50%。另外可以发现，木质素
1 HNMR 检测，测试温度为 25 ℃，扫描次数 N s =16。 的提取率随着碱质量分数和温度的增加而增加，这
1.3.5 热重分析 是由于碱对于木质素的皂化降解过程具有强化作用
采用热重分析仪对聚氨酯薄膜进行热力学测 所致。而固液比的增加能够提高木质素的提取率则
试。升温范围为室温~800 ℃，升温速率 20 ℃/min， 是因为皂化降解后的木质素能够充分溶解所致。由
空气氛围。 上可得，从酶解残渣中提取木质素较佳的反应条件
1.3.6 降解率测试 为：乙醇体积分数为 50%，温度 220 ℃，固液比 1∶
将样品干燥处理后，用电子天平称质量并记录 20 和 NaOH 质量分数 1%。在该条件下，木质素提
为 m 0 ，然后将薄膜埋在土里，自然条件下土埋 60 d， 取率能达到 93.5%，木质素质量分数为 94.1%。
取出薄膜清洗、干燥，直至质量不变，记录降解后
的质量，记为 m 1 。 表 2 正交实验结果分析
Table 2 Results analysis of orthogonal experiments
降解率/%=〔(m 0 m 1 )/m 0 〕×100
实验 A B C D 提取率/%
1.3.7 耐水性测试
1 1 1 1 1 61.3
以样品的吸水率测试耐水性，吸水率越大耐水
2 1 2 2 2 75.2
性越差。将待测样品剪成 3 cm×3 cm 正方块，放于
3 1 3 3 3 82.5
真空烘箱中烘干，直到质量不再发生变化为止，并
4 2 1 2 3 92.8
准确称量，质量记为 m 0 。将薄膜置于去离子水中，
5 2 2 3 1 84.7
24 h 后样品取出用滤纸吸干表面水分，称量样品， 6 2 3 1 2 90.3
质量记为 m 1 。按下式计算吸水率。 7 3 1 3 2 80.9
吸水率/%=〔(m 1 m 0 )/m 0 〕×100 8 3 2 1 3 83.5
1.3.8 透气性测试 9 3 3 2 1 77.1
采用 VAC-V2 压差法气体渗透仪根据 GB/T K 1 219.0 235.0 235.1 223.1
1038—2000 [16] 测试薄膜的透气性。上、下腔脱气时 K 2 267.8 243.4 245.1 246.4
间 10 h，置换时间 60 s，测试温度为 23 ℃。 K 3 241.5 249.9 248.1 258.8
73.0 78.3 78.4 74.4
k 1
2 结果与讨论 k 2 89.3 81.1 81.7 82.1
k 3 80.5 83.3 82.7 86.3
2.1 木质素提取条件考察
R 16.3 5.0 4.3 11.9
选取影响木质素提取率的四个主要因素（乙醇
注：K i 为各因素同一水平对应提取率之和；k i 为各因素同
体积分数、提取温度、残渣与提取液的固液比和碱 一水平平均值。
质量分数），通过正交实验的方式探索较佳木质素提
2.2 木质素表征结果分析
取条件，正交实验设计方案及实验结果分析如表 1、
1
图 1a 为提取物的 HNMR 谱图。由图 1a 可知，
表 2 所示。
δ7.9~7.2 处的峰归属于对羟苯基上的芳香环质子，
表 1 实验因素与水平 δ7.2~6.8 处的峰归属于愈创木基上的芳香环质子，
Table 1 Experimental factors and levels δ6.8~6.1 处的峰归属于紫丁香基上的芳香环质子。
因素 A 乙醇 因素 B 反应 因素 C 固液 因素 D 碱 其中， δ5.4~5.2 处为 β-5 结构中的质子信号峰；δ4.0~
水平
体积分数/% 温度/℃ 比/（g∶mL） 质量分数/%
3.2 内的峰归属于甲氧基的质子；δ2.5 处为溶剂氘代
1 30 180 1∶10 0.2
二甲基亚砜的质子信号峰； δ2.5~0.7 内的峰属于与苯
2 50 200 1∶15 0.5
环相连的酚羟基、脂肪族羟基和脂肪族侧链中的质子。
3 70 220 1∶20 1.0 13
如图 1b 为 CNMR 谱图。δ174.0 处的峰归属
根据各实验因素的极差 R 对比可以得到各因素 于侧链羧基上的 C； δ152.5 处的峰为紫丁香基中的
对于木质素提取率影响大小顺序为：乙醇体积分数> C-3/C-5 吸收峰；δ147.9 处的峰属于愈创木酚苯环
碱质量分数>温度>固液比。对各因素中的实验水平 上的 C-3；δ135.5 处的峰为紫丁香环 β-O-4 中的
进一步对比分析可知，当提取液中乙醇体积分数较 C-1；δ130.5 处的峰属于对香豆酸脂中的 C-2/C-6；
低时，碱皂化降解的木质素无法充分溶解于提取液， δ129.1 处的峰归属于 β-5 中的 C-1；δ116.1 处为愈
导致木质素提取率较低；而当乙醇体积分数过高时 创木基中的 C-5 信号峰；δ104.8 处为紫丁香基
可能会影响碱对于木质素皂化降解的过程，所以较 C-2/C-6 的信号峰； δ56.3 处的峰归属于紫丁香环和