不同介质下木质素降解转化为香兰素的研究(2)
1.前言
1.1 木质素的简介
1838年法国农学家P.Payen用硝酸处理木材时，发现除剩下像纤文状的物质之外，还有一部分含碳量比纤文状物质还高的物质，前者他定义为“Cellulose”后者1857年由F.Schuze定义为“Lignin”，从此开始了对木质素的研究。接着，十九世纪优尔十年代初德国学者K. Freudenberg根据生物合成实验的结果提出了针叶材木质素结构的模型图，从中很容易看出木质素基本单元是苯基丙烷，充分说明了木质素是芳香族化合物。随着高分辨的核磁共振技术和计算机模拟技术的发展，在Freudenberg基本概念的基础上，除对针叶材木质素结构完善以外，对阔叶材和某些草类原料如芦苇、蔗渣等都提出了新的木质素结构模型。这些模型的出现，极大地促进了木质素研究的发展[1]。
受生物合成过程影响，木质素分子中不像纤文素那样有单一结合形式，化学结构非常复杂。木质素的结构可以用红外光谱、紫外光谱、质谱、核磁共振谱和液相色谱等分析手段进行测定。木质素是一种由类苯基丙烷结构单元组成的复杂的聚合物，其原理结构见图1.1 [2]。
图1.1 木质素的原理结构示意
木质素的种类较多，分类的方法也很多。不同的木质素所具有的官能团的种类和数量也不同，因此其化学活性和类型也不同。工业木质素主要根据制浆方法（即木质素从植物体中分离出来的方法）分为以下几大类[3]：
⑴ 木质素磺酸盐，是亚硫酸盐法造纸木浆的副产品，为线性高分子化合物。木质素磺酸盐可溶于各种PH 值的水溶液中，不溶于有机溶剂，官能团为酚式羟基。通常为黄褐色固体粉末或黏稠浆液。有良好的扩散性，易溶于水，是目前应用最广的木质素产品。
⑵ 碱木质素，由硫酸盐法造纸制浆而得，含硫量低(小于1.5%)，产品具有反应性和多样性，目前主要通过回收制浆化学物质作燃料使用，只有少数碱木素作为化学原料使用。
⑶水解木质素，是木材糖化的残渣，溶解度很小，反应性较低，一般作为燃料或煤砖原料，应用有限。
⑷ 近年来，为了减少木质素与纤文素分离过程中的化学变化，大规模的利用这一资源，许多新型的制浆方法得到了研究和发展。如有机溶胶木质素(有机溶剂蒸煮而得)，ALCELL木质素(硬木有机可溶木质素，酒精/水蒸煮而得)，MILOX木质素(过甲酸蒸煮)，ACETOSOLV木质素(乙酸蒸煮)等等。
尽管工业木质素种类繁多，但它们有一些共同的性质:化学组成基本一致，易溶于碱液，具有相似的官能团如羟基、醛基、羰基、羧基、醚键、双键等。其侧链和芳香核均可进行接枝等多种化学反应。这些性质使得木质素在现代化学工业中拥有巨大的潜在应用价值。从结构上看，工业木质素都有非极性的芳环侧链和极性磺酸基等，具有亲油性和亲水性，因而赋予其良好的表面活性和分散性。用作水泥减水剂、水泥助磨剂、沥青乳化剂、钻井泥浆调节剂、堵水剂和调剖剂、稠油降粘剂、三次采油用表面活性剂、水煤浆添加剂、表面活性剂和染料分散剂等。木质素很早就作为粘结剂使用，并作为合成高分子树脂填充剂以降低成本，木质素在农业上的大量使用，主要是作为肥料和各种肥料的添加剂，农药缓释剂、植物生长调节剂、土壤改良剂等。
木质素在陆地植物中的含量仅次于纤文素, 是第二大天然有机物, 每年产量约600亿t。每年从植物中分离出约1.4亿t的纤文素用于制浆造纸工业, 同时得到约5000万t的木质素副产品, 大部分被燃烧或排放。从制浆造纸废液中提取出的木质素相对分子质量在几百到几百万之间, 具有显著的多分散性, 可反应官能团含量低、亲水性差, 但物理、化学性能良好, 尚未得到开发利用[4]。
上一篇：嗜酸性氧化亚铁硫杆菌生长特性研究