Page 45 - 《精细化工》2022年第1期

第 1 期 庞 杰，等: 木质纤维素生物质磁性炭的水处理应用进展 ·35·

[8]
从总体上来看，相同的实验条件下，木本植物为原 30%~50%、20%~35%和 15%~30% 。纤维素是由两
料制备的生物质炭，矿物含量较低，炭得率较高； 个 β-吡喃葡萄糖单元通过 β-1,4-糖苷键共价连接构
草本植物为原料制备的生物质炭，炭得率较低，灰 成的线型同多糖（图 1a），其分子间氢键相互作用
[6]
分组分和矿物含量相对较高 。本文侧重从木质纤 使纤维素分子取向形成微纤维，呈现结晶相和无定
维素的来源、组成与分子结构出发，阐述了木质纤 型相混合态。半纤维素依据其糖类组成单元主要分
维素生物质磁性炭的合成方法，系统分析了致孔方 为木聚糖类和葡甘露聚糖类，是一种杂多糖。木聚
法、浸渍比率、炭化温度等工艺因素对材料孔道结 糖类半纤维素由 β-D-吡喃木糖通过 β-1,4-糖苷键连
构的影响，论述了木质纤维素生物质磁性炭在水处 接形成线型结构（图 1b，其中，Xyl 为木吡喃糖、
理领域的应用现状并解析其与废水污染物的作用机 4-OmG 为 4-O-甲基葡萄糖醛酸、Ac 为乙酰基），葡
制、吸附热力学与动力学模型，介绍了该材料的磁 甘露聚糖类半纤维素由 β-D-吡喃葡萄糖和 β-D-吡
响应回收与重复利用情况，最后指出该领域现阶段 喃甘露糖通过 β-1,4-糖苷键连接形成线型结构 [9]
（图 1c，其中，Man 为甘露吡喃糖、Glu 为吡喃葡
面临的挑战和未来的发展方向。
萄糖、Gal 为半乳吡喃糖）。木质素由对羟基苯基丙
1 木质纤维素的组成与分类 烷、愈创木基丙烷和紫丁香基丙烷三种基本结构单
元组成，结构单元间以醚键和碳碳单键连接，醚键
木质纤维素生物质主要来源于木材（软木和硬 主要包括 β-O-4、α-O-4 和 4-O-5 等键型，约占连接
木）、农业生产废弃物（秸秆、谷壳、麸皮、蔗渣等）、 键总量的 65%~75%，碳碳单键主要包括 5-5、β-5、
[7]
林业加工废弃物及各类能源植物 。木质纤维素主 β-1 和 β-β 等键型，约占连接键总量的 25%~35%。
要存在于植物细胞壁中，植物细胞壁即是由三种生 木质素结构单元随机聚合成极其复杂、不规则分
物聚合物（纤维素、半纤维素和木质素）组装成的 布、无定形网状高分子。木质素分子模型如图 1d
坚固纳米结构组合体，三种组分质量分数分别为 所示 [10] 。

[9]
图 1 纤维素（a）、木聚糖（b）、葡甘露聚糖 （c）和木质素 [10] （d）的分子结构
[9]
Fig. 1 Molecular structure of cellulose (a), xylans (b), glucomannan (c) and lignin [10] (d)