Page 151 - 《精细化工》2020年第9期
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第 9 期                    崔   莹，等:  一步法快速提取浅色甘蔗渣木质素的工艺优化                                 ·1865·


            有效降低木质素改性产物颜色。ZHANG 等                   [14] 还采    陇科学股份有限公司；丙酮，AR，国药集团化学试剂
            用甲醇水溶液对桉木硫酸盐木质素进行分级处理，                             有限公司；浓硫酸，AR，昆山金城试剂有限公司。
            获得颜色明显变浅的部分木质素。该法虽然操作简                                 WSB-3A 白度计，上海昕瑞仪器仪表有限公司；
            单易行，但该部分木质素仍表现出较深的表观颜色。                            Nicolet iS50 型傅里叶变换红外光谱仪，德国 Bruker
            另外，ZHANG 等      [15] 通过研究干燥方式、粒径大小、                公司；Bruker  AVANCEⅢ  500  MHz 核磁共振波谱
            制备方法对木质素颜色的影响，揭示了木质素微观                             仪，瑞士 Bruker Biospin 公司。
            结构与其颜色之间的构效关系。结果表明，小粒径                             1.2   甘蔗渣主要成分测定
            和颗粒间疏松的微观结构有利于木质素表观颜色的                                 根据文献[26]测定甘蔗渣中丙酮抽提物、木质
            浅化。在已有工作基础上，ZHANG 等                 [16] 将桉木硫      素、纤维素、半纤维素等主要成分的含量。
            酸盐木质素用甲醇水溶液进行分级去除缩合结构，                             1.3   BL 的提取
            然后用乙酸酐乙酰化阻断游离羟基制备得到浅色木                             1.3.1    预处理
            质素。ZHANG 等       [17] 还在乙酸水溶液中，通过自组                    甘蔗渣粉碎后先过 40 目筛，接着用水多次洗涤
            装制备得到浅色醋酸竹木质素微球，其亮度和白度                             以除去大部分蔗糖和可溶性杂质，经干燥后再次磨
            分别达到 61.68 和 17.52%。LEE 等       [18] 将经乙醇除杂        粉备用。
            后的芒草和赤松用球磨机细磨 72 h，再经 95%（体                        1.3.2    提取工艺
            积分数）二氧六环水溶液萃取纯化制备得到浅色木                                 配制 60 mL、一定质量分数的 p-TsOH 水溶液，
            质素，其亮度分别达到 70.8 和 74.6。该过程操作复                      加热至一定温度，然后加入 1.5 g 经过预处理的甘蔗
            杂，耗时长，且木质素得率仅有 5%。                                 渣，搅拌提取一定时间后，真空抽滤，滤液（含溶
                 甘蔗渣是甘蔗制糖工业的主要副产物，是一种                          解 木质素的 p-TsOH 水 溶液）用蒸 馏水稀释至
            来源丰富、价格低廉的废弃可再生生物质资源                      [19] ，   p-TsOH 质量分数为 4%，此时 BL 大量沉淀析出，
            其成分中含有大量木质素。2017 年，CHEN 等                   [20]
                                                               过滤，采用蒸馏水多次离心洗涤沉淀至中性，冷冻
            发现在 80 ℃温和条件下，采用质量分数为 80%的对
                                                               干燥(  80  ℃)后得 BL。
            甲苯磺酸（p-TsOH）溶液处理杨木 20 min，可一步
                                                               1.4   实验设计
            分离获得理论提取率为 90%（以原料中木质素质量
                                                               1.4.1    单因素实验
            为基准）的杨木木质素。该方法与其他分离木质素                                 称取经过预处理的甘蔗渣 1.5  g，利用 p-TsOH
            的方法    [21-25] 相比，反应时间短且条件温和。木质素
                                                               分离提取木质素，分别考察提取时间（10、20、30、
            提取方法对比见表 1。在此研究工作的启发下，本
                                                               40、50 min）、提取温度（70、80、90、100、110 ℃）
            文利用 p-TsOH 一步快速分离提取甘蔗渣木质素
                                                               和 p-TsOH 质量分数（30%、40%、50%、60%、70%、
            （BL），在单因素实验基础上，采用响应曲面设计
                                                               80%）对 BL 白度和得率的影响（每组实验结果均为
            方法对提取工艺进行优化，最终获得浅色 BL。研究
                                                               3 次实验获得的平均值）。
            结果为甘蔗渣资源高值化利用及浅色木质素制备开
                                                               1.4.2    响应面优化实验
            拓了一条新的工艺路线。
                                                                   基于单因素实验结果，分别以提取时间（A）、
                        表 1    木质素提取方法对比                       提取温度（B）和 p-TsOH 质量分数（C）为自变量，
              Table 1    Comparison of different lignin extraction methods
                                                               将 BL 白度（W，利用白度计直接测量得到）作为响
                          生物                 分离条件    木质素       应值。选择 Box-Behnken 设计三因素三水平响应面
               提取方法       质原      溶剂体系      温度/ 时间/ 提取率/       分析实验，优化 BL 的提取工艺。
                           料                 ℃   min   %
                                                               1.5    BL 得率的计算
             对甲苯磺酸法    [20]   杨木  对甲苯磺酸-水     80   20  90
             甲酸法  [21]    麦草  甲酸-过氧化氢         95   60  90          BL 得率（Y）用式（1）计算:
             碱法 [22]      硬木  氢氧化钠-水         121   60  >80                   Y  /%   m 2  / m  100     （1）
                                                                                         1
             有机溶剂法   [23]    竹柳  异丙醇-水       190   600  61     式中：Y 为 BL 得率，%；m 1 为甘蔗渣原料质量，g；
             离子液体法   [24]    毛竹  离子液体-乙醇-水  170   240  87      m 2 为提取 BL 质量，g。
             低共熔溶剂法    [25]   桉木  氯化胆碱-乳酸     90   720  90
                                                               1.6    BL 的结构表征
            1   实验部分                                           1.6.1    FTIR 测定
                                                                   采用 KBr 压片法测定 BL 的 FTIR 谱图：取 2 mg
            1.1   主要试剂与仪器                                      BL 与 200  mg  KBr 均匀混合压片，扫描波数范围
                                                                                                         –1
                                                                           –1
                 甘蔗渣，厦门当地农贸市场；p-TsOH，AR，西                      4000~400  cm ，扫描次数 32 次，分辨率 4  cm 。
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