木质素纤维范文
时间：2023-04-11 00:08:56
导语：如何才能写好一篇木质素纤维，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
【Abstract】Aimed at the shortages of additive equipment for methyl cellulose currently applied to asphalt mixing plant, the defects and problems such as irrational structure of fiber blowing device were reformed in combination with experience. The practice shows that the reformed equipment works in shorter time, higher precision and efficiency.
【Key words】additive equipment for methyl cellulose; optimization design; control module; measurement
中图分类号：U415.5 文献标志码：B 文章编号：1000-033X(2012)01-0075-03
0 引言
生产沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）必须采用纤维稳定剂，而近年来中国铺筑的一些SMA道路工程，大多数都是以人工直接投入方式来添加纤维的。人工添加方式的缺点是无法保证纤维及时足量的投入，如果人工投放纤维不及时，预先加工成一定量包装的塑料小包纤维就可能分散不均；如发生漏投，则可能造成铺筑的SMA表面出现小面积油斑［1-2］，油斑往往是玛蹄脂部分缺乏纤维或纤维成团没有充分分散的结果。为了避免人工投入的弊病，使用机械投入纤维就显得十分必要［3-6］。为此，笔者的单位在购置一台进口4000型沥青搅拌站的同时也配备了国产的纤维投放机。使用效果表明，使用投放机后纤维投放质量得到较大改善。纤维的净投放时间经实测需18 s，为了将纤维充分拌匀，拌和机的干拌时间则需设置为25 s。每个拌和周期为70 s，周期过长将使拌和机的生产效率大大降低，并带来能耗的增加，石料与拌缸的干摩擦将造成搅拌叶片和拌缸衬板的加速磨损。
针对上述纤维投放机械存在的设计上的不足，本文对目前国内沥青混凝土搅拌站配套使用的纤维添加设备进行了调研和分析，并对原纤维投放设备进行了改进和优化［7］。
1 纤维添加设备与沥青搅拌站匹配现状
通过调研，目前国内搅拌站配套使用的纤维添加设备普遍存在着以下问题。
（1） 施工企业专门定制纤维添加设备。由于各施工企业所拥有沥青搅拌站的品牌和结构不同，纤维添加设备的整体结构也各有不同，因此企业需要专门定制纤维添加设备，但定制的设备购置成本较高，且不具备普遍适用性。
（2） 购买具有纤维添加专用设备配置的进口沥青搅拌站。企业在最初采购搅拌站时，就选取购买具有纤维添加专用设备配置的进口沥青搅拌站，但价格昂贵。大多数进口沥青搅拌站生产厂家并不生产专用的纤维添加设备，需另外购配，但购配的纤维添加设备与原搅拌主机控制系统并不配套。
（3） 国内生产销售的纤维添加设备大多数不是沥青搅拌站生产厂家生产的。这些产品模式单一，不能与每一台沥青搅拌站合理匹配，虽能实现纤维投放的功能并保证质量，但投放效率较低，不能满足用户节省燃料成本、提高生产效率的要求。
2 原木质素纤维投放机概况
笔者单位进口的4000型沥青拌和楼配套的是国产的GFAD2000型粒状木质纤维添加设备。储料仓内的木质素纤维经计量螺旋输送到计量称斗内，由称重传感和计量仪表控制计量重量，旋转阀在生产过程中与拌和楼同步将计量斗内计量完毕的纤维素排出，再由风机经长管道吹送入拌缸完成一个工作循环。
原设备的控制系统采用的是三菱的FX1N-24MR PLC模块，计量控制器采用UNI800B计量仪表，在控制面板中设置有手动和自动控制转换开关。由于采用称重传感器计量方式，计量精度较高，可实现同时与拌机联机并与拌和生产同步投放。经使用发现，木质纤维投放设备在生产过程中存在以下缺陷和不足。
（1） 计量螺旋容易堵塞，导致生产中断，清理需花费大量时间，影响生产。同时由于中断了生产的连续性，对混合料的产品质量会造成一定影响。
（2） 投放时计量斗排放速度慢。为了保证SMA沥青混合料的质量，木质纤维投放时间较长时，只能相应地增加干拌时间。实测投放过程约需18 s，极大地延长了生产拌和周期（约为70 s），使拌机的产能大打折扣。
（3） 报警功能不全。当拌机向木质纤维素投放设备发出投放信号时，如果此时还没完成纤维素的计量，由于没有报警信号，在操作人员没注意的情况下就会很容易造成漏加木质纤维素，从而使拌和出的产品不合格，造成较大浪费。
鉴于原购置的纤维投放设备在设计上存在的缺陷以及与沥青搅拌站匹配不合理等状况，我们对原纤维投放设备进行了彻底改造和优化设计（图1）。改造后纤维净投放时间缩短到8 s以内，达到国外同类设备的先进水平。
3 结构的优化设计
3.1 输送流程优化设计
在新的改造方案中，生产时先将储料仓中的木质素纤维由旋转阀排放出来，被吹送风机吹送到拌机主楼的集料装置中，经计量输送螺旋送入计量斗完成计量以备用。当拌机发出投放信号时，计量斗的排放蝶阀打开，纤维直接从计量斗排入拌缸。我们将原投放设备设置在地面上的纤维计量斗改装到拌和楼二楼拌缸的侧上部，增加风力助吹投放功能。当投放纤维时，由于减少了原来经旋转阀排放和风机吹送以及管道输送等多个环节，从而大大缩短了纤维的投放时间。
3.2 增设旋风分离器
由于吹送到拌机主楼的是气固两相的混合物，这就需要在拌机主楼上添加一个气固分离装置，分离出气体和木质纤维。而旋风分离器结构比较简单，体积较小，且其分离的效率高，因此我们加装了一个旋风分离器。当气、固两相流进入分离装置时，木质纤维借离心惯性力被甩向器壁面后分离下沉，气体则经分离器上部的排气管排出。旋风分离器安装在拌机四楼的平台上，离地面高度约为12 m，原配吹送风机可以把木质纤维吹送到这个高度。
3.3 加装中间储存仓和微型料位计
为了保证单次计量过程的连续性，以提高计量精度，需在计量螺旋输送器前设置一个小容量的中间储存仓。日工NBD-320型搅拌机的最大单次拌和量为4 000 kg，如按0.3%的添加量，则单次木质纤维计量为12 kg。在旋风分离器下部加装一个中间储存仓，并在储存仓上加装微型料位计，通过料位计的检测来保证中间储存仓内木质纤维量大于12 kg。当料位计检测到中间储仓内料位低时，就将信号反馈给控制系统，控制系统便启动木质纤维吹送系统。在吹送过程中，当控制系统接收到料位计检测到有料的信号时，继续吹送木质纤维几秒钟，再次确认信号后停止吹送，这样可以防止料位计的误动作导致吹送系统频繁启停，同时保证中间储仓内有足够的料满足单次计量。
3.4 弹性输送螺旋
为解决原螺旋输送器经常发生堵塞的问题，改用了弹性输送螺旋。螺旋内部采用柔性弹簧作为导料机构，相对于原来叶片式的输送器，这种螺旋具有不易堵塞、直径小、计量精度高的优点。同时，在计量过程中也不会因柔性弹簧对粒状木质纤维素产生剪切研磨作用，而导致产生粉末状纤维。
4 控制系统的优化
4.1 控制模块的修改
在控制系统方面，采用原有的三菱的FX1N-24MR PLC模块和UNI800B计量仪表，并对控制系统进行相应的修改，PLC的端口分配如图2所示.。
24MR模块共有14个输入点，原控制系统已全部分配利用，由于增加了一个旋风分离器上的料位计，需加入其信号参与控制。经分析研究，原UNI800B的称重控制仪表共占用了X13、X14、X15三个输入点，其中X13主要是用于有两种计量速度的计量系统，因本系统只有单个计量速度，所以可以把X13分出来给高位的料位计。24MR模块共有10个输出控制点，其中原控制系统中8个已分配使用，所以用Y10输出点作为旋风分离器料位计状态指示输出。Y11则接多一个蜂鸣器作为报警输出，实现报警功能。整个电气改造是在原控制系统的设计基础上，作了部分改动。控制箱操作面板的布局和各个按键、指示的定义也没有改变，只在面板上增加了一个料位的状态指示灯及报警的蜂鸣器，做到了尽量少的改动。
4.2 24MR模块的控制程序的重新编写
经过机械和电气布线改动以后，由于木质纤维投放设备的工作流程已经完全不同了，所以必须重新编写24MR模块的控制程序。新的控制程序按功能主要可以分为两个部分：维持木质纤维临时储仓内有料的控制部分和同步计量、投料部分。在第一部中，当PLC模块接收到料位计发来的料空信号时，延时确认后就启动纤维吹送程序，依次延时启动风门、旋转阀，木质纤维经风机和吹送管道吹入旋风分离器分离出木质纤维和空气。当料位计检测到临时储仓内有料时就发出信号，PLC经延时确认后，依次延时停止旋转阀、风门。经过这个过程自动不断的循环，就能一直保持临时储仓内有足够多的木质纤维满足计量要求。因为吹送的高度达到12 m时，吹送的速度会有所降低，而旋转阀的排料速度较大，所以在实际使用过程中会出现来不及吹上去的木质纤维堵塞吹送管道的问题。经研究试验后，通过修改程序将吹送过程中的旋转阀设定为间歇工作方式，即工作4 s后停止工作4 s，这样就可以防止在短时间内吹送管道内积聚太多的料，有效地解决了堵塞问题，同时又可以满足生产需求。
4.3 同步计量
在同步计量方面，主要由UNI800B智能称重仪表的IN1端发出计量信号，PLC控制开启计量输送螺旋，将临时储仓内的木质纤维导入计量罐，当接近计量目标值时，仪表就会自动进行落差修正，停止计量输送螺旋。完成一个计量过程后，当拌机向投放机发出木质素纤维投放信号（K6）时，PLC控制称斗排放（Y3）输出，打开排放蝶阀，木质素纤维便可直接投入到拌缸。UNI800B仪表检测到纤维排空后，再次发出计量信号，PLC关闭蝶阀，进入下一个计量、投放循环。
4.4 报警功能设置
上述同步计量中的程序是自动控制过程，在程序优化设计中，跟原系统一样保留了手动功能，同时增加了报警功能。主要是增加了生产过程中未投木质素纤维及其投放时间过长的两项报警功能。当拌机发送来投料信号时，如果此时纤维机由于储仓无料还没完成木质素纤维的计量，而且没有人为采取措施，就会造成这一次拌出的成品料中没能添加木质素纤维而成为废料。增加了报警功能后，当PLC检测到储仓无料时，便可控制蜂鸣器发出警报以提醒操作人员检查并采取相关措施。同时，当PLC检测投料过程的时间超过10 s时，控制蜂鸣器便发出警报，提醒操作人员延长干拌时间，以保证沥青混合料的质量。
5 结语
（1） 通过对原配置的木质素纤维投放设备在结构和控制系统等方面进行优化设计和改造，经实际使用证明，木质纤维的计量准确，与拌机同步精确，故障率低，自动化程度高。木质纤维的投入所需时间缩短至3～8 s，拌机每拌和一次的周期由改造前的70 s缩短为59 s，生产效率提高了约18%。
（2） 改变了现有市场上销售的纤维投放专用设备不适应不同品牌和类型的搅拌站且投放效率低的结构设计问题。
（3） 优化设计出投放流程更科学合理、计量更准确、投放效率更高的纤维投放专用设备。生产效率和质量达到国外同类设备先进水平。
（4） 经与日工4000型搅拌站配套生产验证，改装后的纤维添加设备完全满足生产SMA沥青混合料中木质纤维素的添加要求。在广州迎亚运道路升级改造工程施工期间，生产了大约20万t高品质的SMA沥青混合料，实践证明这种方法是可行的。
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篇2
关键词：麦草；乙醇提取；木质素；汽爆；红外光谱
中图分类号：S543；TQ914．1 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2012）06－1228-04
Study on the Extracting Technology of Lignin from Wheat Straw by Organic Solvent
TIAN Yi－hong，LI Da－chen，GONG Da－chun
（College of Chemistry and Life Science，Three Gorges University，Yichang 443002，Hubei，China）
Abstract： Lignin was extracted by organic solvent from exploded wheat straw， purified by Bj?rkman method and analyzed by Infrared spectrometry（IR）． The extraction conditions were optimized by orthogonal experiment． The results indicated that the optimum extraction conditions were， volume ratio of ethanol， 30％（containing 1g／L NaOH）； Reaction temperature， 160 ℃； Reaction time， 15 min． The yield of crude lignin reached 35．26％． IR results showed that the obtained lignin contained 3 basic structures， guaiacyl（G）， syringyl （GS） and p－hydroxyphenyl（H）． The active groups were well reserved and would be the idea material for synthesis of other chemical materials．
Key words： wheat straw； ethanol extraction； lignin； steam exploded； IR
木质素是一类由苯丙烷单元通过醚键和碳－碳键连接的复杂的无定形高聚物［1］。在植物体内木质素与纤维素、半纤维素等一起构成超分子体系，木质素作为纤维素的粘合剂，能增强植物体的机械强度［2］。分解后的木质素单体及其二聚体可转化为有工业意义的化学品，如被誉为香料之王的香草醛，具有较强的抗氧化、抗菌活性和一定抗肿瘤作用的香草酸，以及阿魏酸、苯酚类物质等［3，4］。
木质素分离提取的方法，大致可分为两大类：一类是将木质素以外的成分溶解，木质素作为不溶物质沉淀下来；另一类是利用有机溶剂将木质素溶解，从而使木质素与纤维素分离，得到木质素［5］。
作为木质素提取的新方法的有机溶剂法主要是利用有机溶剂（或和少量催化剂共同作用）良好的溶解性和易挥发性，分离、水解或溶解植物中的木质素，使得木质素与纤维素充分、高效分离。整个提取过程形成一个封闭的循环系统，可以通过蒸馏法来回收有机溶剂，反复循环利用，无废水或只有少量废水排放，得到的高纯度木质素是良好的化工原料，也为木质素资源的大规模开发利用提供了一条新途径。
汽爆处理可以回收半纤维素，而木质素仍残留在纤维素固体材料中，汽爆过程使木质素结构中的α－丙烯醚键和部分β－丙烯醚键裂开，使乙醇更易提取出木质素［6］。使用有机溶剂分离纤维素、半纤维素、木质素与现有的碱法或酸法相比有许多优势：①使用真空干燥，可以使萃取物与溶剂较为快速有效地分离；②萃取液可以通过冷凝回收循环使用，减少了污染物的排放；③使用有机溶剂使提取环境相对温和，对木质素的变性程度较少，便于后续的化学改性的实施。
采用有机溶剂提取的方法从汽爆麦草中有效提取木质素，并结合红外光谱分析手段研究其结构特征，以期通过对木质素结构的研究来开发高附加值的木质素产品。
1 材料与方法
1．1 材料
汽爆麦草（爆破温度220℃，爆破压力1MPa），购自河南天冠集团，由三峡大学艾伦・麦克德尔米德再生能源研究所保存。
1．2 方法
1．2．1 汽爆麦草组分分离工艺 汽爆麦草组分分离工艺流程见图1。
1．2．2 原材料的成分分析 将汽爆麦草过40目筛，于60℃烘干至恒重后存放于干燥器中备用。用Kett 610型水分测定仪测定其含水率。应用VELP Raw Fiber Extractor纤维素测定仪［7］测定原料中纤维素、半纤维素、木质素质量分数。
1．2．3 汽爆材料的水提 称取5 g汽爆麦草，加去离子水100 mL，混合加热到一定温度（25～100 ℃），边加热边搅拌，保温一段时间（5～60 min）后进行抽滤，重复以上步骤4～5次，抽滤后定容为100 mL，利用DNS法在480 nm测定水提液中木糖浓度［8］。木糖得率＝提取的木糖质量／［汽爆麦草的质量（1－w）］，w为汽爆麦草含水率。
1．2．4 木质素的有机溶剂萃取分离 取水提过的汽爆麦草干燥残渣作原料，按照固液比1∶50（m／V，g∶mL，下同）加入一定体积分数的乙醇溶液（含1 g／L NaOH）于高压反应釜中进行反应。反应全部完成后通冷凝水冷却、离心。滤渣水洗至中性后烘干，即得纤维素。滤液在40 ℃真空旋转蒸发至浑浊，回收乙醇以便再利用。因木质素在酸性条件下可沉淀，用3 mol／L的HCl调pH至2．5～3．0，使滤液在搅拌下絮凝。取一张烘干至恒重的滤纸，将絮凝混合液用该滤纸过滤，所得固体与滤纸一起烘干至恒重后称其总质量，减去滤纸质量后，用于计算木质素得率。木质素得率＝木质素质量／水洗后麦草干渣质量×100％。试验过程中使固液比（1∶50）及乙醇溶液中NaOH浓度（1g／L）保持恒定，采用正交设计的方法，着重考察乙醇体积分数、反应温度、保温时间对木质素得率的影响。
1．2．5 木质素的提纯方法（Bj?rkman法）［9］ 将粗木质素水洗风干后溶解于体积分数为90％的乙酸溶液中，3 500 r／m离心15 min除去沉淀杂质。然后将上清液转移到去离子水中使木质素析出沉淀，经离心后用去离子水水洗沉淀至无醋酸气味后进行自然风干，再将其溶解于1，2－二氯乙烷/乙醇（2∶1，V／V，下同）溶液中，离心除去沉淀不溶物，然后在溶液中加入乙醚使木质素析出，经离心得到木质素沉淀，用去离子水水洗3次，经真空干燥后得纯化后的木质素。
1．2．6 木质素红外光谱分析方法 采用KBr压片法：称取纯化后的木质素试样2 mg和KBr 300 mg一起研磨，在红外光谱仪中扫描，扫描波长范围为370～4 000 cm－1得到红外光谱图。
2 结果与分析
2．1 汽爆麦草中各组分质量分数分析
利用VELP Raw Fiber Extractor纤维素测定仪测得试验中所用不同处理方法得到的麦草中半纤维素、纤维素、木质素的质量分数如表1所示。由表1可见，麦草经汽爆处理后，原料中半纤维素、纤维素和木质素均发生不同程度地降解。水洗后的汽爆麦草与未洗的汽爆麦草相比各组分均呈增加趋势，主要是因为水洗除去了大部分可溶性物质，如汽爆过程中产生的木糖、葡萄糖、甲酸、乙酸、乙酰丙酸、羟甲基糠醛和糠醛等。乙醇萃取后的汽爆麦草的纤维素质量分数很高，主要原因是大部分有机溶剂型木质素及部分可溶于乙醇的物质被提取了出来。
2．2 汽爆麦草中各水洗因素对木糖去除效果的影响
由表1可见，汽爆麦草的半纤维素很大一部分被水解，同时还产生了很多可溶于水的化学物质，因此进行水洗既可以回收糖类等供微生物利用，还可以将残留的半纤维素和木质素除去。水提液中的物质主要来自于半纤维素，由于具有部分木质素和色素而使水提液呈现黄褐色。各种水洗因素对木糖去除效果的影响可以通过观察木糖得率得到，见图2至图5。
从图2可以看出，当固液比为1∶30时木糖得率最高。从图3可以看出，提取温度过低木糖得率很低，随着提取温度的上升木糖得率提高，当提取温度为100 ℃时，木糖得率略有下降，可见并非提取温度越高越有利于木糖的提出。从图4可以看出，随着提取时间的增长，木糖得率在上升。然而，经15 min提取后木糖得率上升缓慢，由此可见经15 min提取即可有效地提出木糖。从图5可以看出，随着提取次数的增多，木糖得率在上升，但经2次提取后木糖得率上升缓慢，可见经2次提取即可达到较理想的效果。综上所述，汽爆麦草在固液比为1∶30，85 ℃热水提取2次，每次提取15 min，木糖得率较高，达到1．51％，可以有效地去除木糖。
2．3 乙醇提取木质素的最佳工艺条件的获得
采用NaOH为催化剂，用乙醇提取木质素，木质素得率受到保温时间、乙醇体积分数和反应温度等多种因素的共同影响，通过正交设计方案进行试验以期获取最佳工艺条件，因素与水平见表2，试验结果如表3所示。
从表3的直观分析和极差分析的结果可知，保温时间以及反应温度对木质素得率的影响较大，具有显著性。乙醇体积分数对木质素得率的影响很小，乙醇主要发挥溶剂的作用［8］，乙醇提取木质素的最佳工艺条件为乙醇体积分数30％，反应温度160 ℃，保温时间15 min，并以1 g／L NaOH作为反应催化剂，这时木质素得率高达35.26%，且生产效率最高，成本最低。
2．4 纯化后的木质素的红外光谱分析
提取的木质素中含有部分降解的木质素、色素和糖，采用Bj?rkman法纯化，加入体积分数为90％的乙酸溶液主要去除糖类物质，加入1，2－二氯乙烷/乙醇是为了去除色素和部分降解的木质素［9］，经纯化的木质素，仍含有少量糖。本试验中纯化后的木质素产品经KBr压片后所测红外光谱图见图6，木质素分子结构中的特征基团在红外光谱上有明确的特征峰。
从木质素红外光谱图（图6）可以看出，在3 400 cm－1附近有宽而强的峰，这是－OH中氢键伸缩振动峰，2 935 cm－1为C－H的伸缩振动峰。木质素各官能团的特征吸收主要集中在800~1 800 cm－1的指纹区，将它们的主要吸收峰位置及峰的归属列于表4。
从图6及表4可见，1 328（紫丁香基的C－O伸展振动）、1 260～1 270（愈创木基甲氧C－O伸展振动）和1 032（愈创木基振动）cm－1处有吸收峰，表明乙醇提取的木质素含有愈创木基和紫丁香基结构；同时，在1 167cm－1处也有明显地吸收，此为酯键中C－O－C伸展振动，由此说明所得木质素含有酯基结构［10］。由以上分析结果可知，本试验提取出的木质素含有的3种基本结构为愈创木基、紫丁香基和对－羟基苯丙基。乙醇提取出的木质素在结构上较好地保留了各种活性基团，而且活性基团含量丰富，有望成为合成其他化工方面材料的理想原料。
3 结论
采用有机溶剂法对汽爆麦草中木质素的提取工艺进行了探索，通过正交试验分析提出了合适的提取方法以及最优的工艺条件，并对木质素产品的结构进行了表征。
1）汽爆不但能有效地回收半纤维素，而且使木质素软化和部分断裂，使乙醇更易提取出木质素。
2）汽爆渣在固液比为1∶30，85℃热水提取2次，每次提取15min时木糖得率达到1．51％，可以有效地去除木糖。
3）采用有机溶剂法提取木质素的最佳工艺条件为乙醇体积分数30％，反应温度160 ℃，保温时间15 min，并取1 g／L NaOH作为反应催化剂，此时木质素得率最高达35．26％。
4）木质素经纯化后利用红外光谱分析检测，发现于此条件下所提取出的木质素含有3种基本结构，为愈创木基、紫丁香基和对－羟基苯丙基，它们在结构上较好地保留了各种活性基团，有望成为高分子材料改性的绿色原料。
5）乙醇提取木质素具有环保节能、对木质素的活性基团影响小的优点，试验中乙醇回收率可达80％，并且可以回收再利用。
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篇3
摘 要：为了充分研究生物质大分子的解聚机理，课题组对纤维素水解的关键影响因素、纤维素、半纤维素水解机理、木质素解聚方式和表征、木质素模型化合物的制备等关键科学问题进行了探讨。借助SEM、BET、XRD研究手段，研究了半纤维素的水解、纤维素的结晶度、聚合度对对纤维素水解的影响规律；借助TEM、EDXA-SEM和Raman等分析手段，从超微尺度入手，追踪解聚过程中木质素、半纤维素和纤维素在细胞壁中的分布变化。结果表明，半纤维素被水解移除后，生物质表面孔洞增多，孔隙率、总孔容增大，从而促进了纤维素的水解；相比于聚合度而言，晶型结构对水解的影响更大。在酸性环境下，木质素在细胞壁各层间发生迁移，而在碱性环境中木质素会直接脱除。同时，该课题开展了在微波协同下的木质素催化氧化解聚及液化解聚，并通过比较了不同的氧化剂的种类对解聚产物单苯环物质收率的影响，并通过液质联用，高压液相色谱等手段对解聚产物进行定性和定量分析。结果表明，微波协同下在相对较低的温度和压力下获得单苯环化合物的收率可达到15.2%。为了对木质素的解聚机理进行进一步的研究，该课题合成了包含α-o-4，β-o-4和β-5键的木质素模型物三聚体和四聚体，并通过气质联用色谱和核磁共振色谱等手段进行分析和表征。木质素模型物的合成为后续的木质素解聚机理奠定基础，并为木质素解聚为单酚类化合物的高收率目标提供参考。
关键词：解聚机理 纤维素 木质素 模型物
Abstract：For the purpose of investigation of the depolymerization mechanism of biomass macromolecule，some key scientific issues were explored，including important factors responsible for the hydrolysis of cellulose，depolymerization mechanism of hemicelluloses and cellulose，characterization of degraded products of lignin，and preparation of model compounds of lignin.The distribution of lignin， hemicellulose and cellulose in the cell walls was traced from the perspective of superfine scale in the process of depolymerization by using TEM， EDXA-SEM and Raman spectroscopy. In addition， the effect of hemicelluloses hydrolysis， degree of crystallization and polymerization on the hydrolysis of cellulose was investigated by using SEM， BET， and XRD. The result revealed that lignin was migrated in the cell walls between the layers in the acidic condition and lignin was removed directly in alkaline environment. For further inspection， the dynamics of alkali treatment to dissolve the lignin were investigated. In the meanwhile， oxidation degradation and liquefaction depolymerization of lignin were carried out assisted with microwave irradiation. And then the different kinds of oxidants on the influence of the yield of the product were studied. Qualitative and quantitative analysis of the product were characterized by LC-MS and HPLC.For further study of the rule of lignin deploymerization， several lignin model compounds composed of α-o-4，β-o-4 and β-5 linkages were synthesized. The target products were characterized by GC-MS and NMR spectroscopy. The lignin model compounds laid the foundation for the subsequent study of the mechanism of lignin deploymerization and provided the reference to achieve high yield of phenolic compounds through the degradation of lignin model compounds.
Key Words：Deploymerization mechanism；Cellulose；Lignin；Model compounds
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篇4
关键词:木质素;功能性建筑材料;热裂解;机理
1研究背景
木质素是生物质的重要组分之一，广泛存在于自然界和工业废弃物领域，具有储量大、可再生、廉价易得等特点［1］。由于结构的复杂性和难降解性，目前主要作为锅炉燃料使用获得热能，显然这是一种材料的浪费［2］。尤其是随着我国能源短缺和环境污染问题的日益加剧，如何将生物炼制环节剩余的大量木质素残渣有效转化为木质素基的各种添加剂、助剂和吸附剂等材料，是未来生物质能源转换领域的研究重点［3］。目前，木质素在功能性建筑材料制取领域凸显了较好的市场前景，主要体现在改善型混凝土减水剂、建材性能改进剂、重金属污水和室内污染物吸附剂上。
1.1改善型混凝土减水剂
混凝土中掺拌减水剂可改善拌合物的流动性和可塑性，提高混凝土强度和耐久性。木质素磺酸盐作为早期的混凝土减水剂，因其分散性、引气性和缓凝性等可改善拌合物的性质，然而其固有的减水效果差和不能正常凝结的硬伤也终止了它的进一步应用。随着生物炼制产业的发展，木质素作为大量残渣剩余引起了行业的思考，现有相关研究仍是以木质素磺酸盐的改性入手，采用物理分离、化学改性和物理复配改性等方法提高减水剂的性能，未来是否可以从木质素残渣中直接提取/制取减水剂产品呢?迄今为止，还没有相关的研究报告。
1.2建材性能改进剂/添加剂
木质素分子结构上具有多种活性官能团，其中羰基和羟基分别能与塑料材料中的氢离子和氯离子间产生强烈的相互作用，进而终止光热引发的链反应，增强材料的热稳定性和抗紫外光降解性［4］。当木质素作为添加剂使用时，就可以通过调整木质素分子结合状态和改变木质素分子亲水与亲油基团比例来优化复合材料的性能。聚氨酯材料因具有较好的热塑性、强度高、伸长率大、回弹性好、耐磨耐老化等优点，在建筑建材领域应用广泛。根据其合成机理结合木质素分子中存在大量羟基的特点，木质素可作为增强剂参与到材料合成过程。相比于普通的聚氨酯材料，木质素型聚氨酯材料具有更优越的热力学性能、拉伸性能和抗压能力。如果在合成时添加硼酸锌，还可以在不改变聚氨酯材料自身性能的基础上进一步提高材料的热分解温度，使其具有更出色的防火性能［5－6］。1.3污染物吸附剂同样，由于木质素分子结构上的多种活性官能团，如甲氧基、羟基、羧基等，可为金属离子提供吸附位。尤其是经蒸煮后的木质素会产生更多的活性基团，这些基团中氧原子上的未共用电子对可与金属离子的外层空电子轨道形成配位键，生成木质素－金属鳌合物，从而吸附金属离子［7］。碱木质素、木质素磺酸盐、水解木质素和改性水解木质素、有机溶剂木质素等都已用于重金属的去除。Dizhbite等［8］研究表明，水解木质素经聚铵盐化合物改性、环氧胺胺化、二乙基环丙胺胺化后，分别对芳香类有机化合物、重金属和阴离子的吸附能力显著加强。用硫酸盐木质素、氢氧化钙和二甲基甲酰胺树脂为原料制得的有毒金属水处理剂能有效去除Pb2+和Cd2+，该水处理剂在浸入水中6周后结构依然稳定［9］。鉴于木质素本身的结构特点和可再生性，其必将成为未来建筑建材领域的研究热点。有针对性地进行木质素定向改造是所有发展的前提，而热化学转化是其中最有可能的途径之一。本文开展了木质素的热裂解研究，从而推演了基于基本结构单元的木质素反应机理，为后续的木质素高品位应用提供理论参考。
2实验方法
在热裂解－色谱质谱联用仪(Py－GC/MS)上开展木质素(Sigma公司生产的从榉木中提取的有机木质素)热裂解实验研究。将木质素样品(约0.5mg)填装好后放置于热裂解仪内，受周围辐射热量的影响，木质素分解形成挥发份，并在高纯氦气的运载下送往GC/MS进行成分分析。色谱柱是DB－WAX(30m×0.25mm×0.25μm)，进样以1∶50的分流比进入色谱，测试时色谱首先在40°C保持1min，然后以8℃/min的温升速率升温至240℃并保持24min。选取600℃下反应10s作为典型工况，以三次实验的平均值作为最终结果。
3结果分析
3.1木质素热裂解产物组成
木质素结构庞大，成分复杂，由三种基本结构单元组成(见图1)，由紫丁香基丙烷结构单体聚合而成的紫丁香基木质素(syringyllignin，S－木质素)，由愈创木基丙烷结构单体聚合而成的愈创木基木质素(guajacyllignin，G－木质素)和由对－羟基苯基丙烷结构单体聚合而成的对－羟基苯基木质素(hydroxy－phenyllignin，H－木质素)［10］。木质素的失重量为61.92wt%，根据GC/MS谱图进行产物分析，结果见表1。木质素热裂解的产物主要有25种成分，包括酚类物质、呋喃类物质和碳原子数大于16的直链酸酯，另外还有少量的乙醇和乙酸形成。呋喃类物质主要包括糠醛、5－甲基糠醛和5－羟甲基糠醛;酚类物质是木质素热裂解的主要产物，分为苯酚(H型)、愈创木基型酚类(G型)和紫丁香基型酚类(S型)。苯酚的含量远低于愈创木基型酚类和紫丁香基型酚类物质含量，这说明木质素结构中H型单元要远远少于G型和S型基本结构单元，且苯丙烷基上的含碳侧链及甲氧基并不容易断裂生成苯酚。另外，含碳数16～20的直链酸酯类物质，还有乙酸和呋喃类物质不是木质素基本结构分解的产物，更有可能是由于苯丙烷侧链上残留的糖苷键热裂解而形成，说明残留的纤维素糖苷键结构的确存在于木质素结构中。
3.2木质素热裂解机理途径推演
通过愈创木基型酚类和紫丁香基型酚类产物的形成分析，推演了基于木质素化学键断裂的热裂解机理途径(见图2)。木质素热裂解首先发生纤维素残留结构糖苷键的断裂形成以糠醛和5－羟甲基糠醛为主的呋喃类化合物，产量取决于木质素结构中连接的糖苷键的情况。木质素结构间的醚键连接β－O－4键也较弱，将在热解初期断裂形成典型的紫丁香基木质素和愈创木酚基木质素，然后二者通过丙烷侧链的断裂形成各种酚类物质，形成概率与其在图2中由高到低的排列顺序相一致，即在紫丁香基分解产物中，最有可能发生Cα－Cβ键的断裂形成4－羟基－3，5－二甲氧基苯甲醛，而在愈创木基木质素中最有可能也是通过Cα－Cβ键断裂形成香草醛。直链酸酯的形成很有可能是木质素复杂大分子结构中不稳定的长直侧链断裂形成，但由于木质素结构分析至今没有明晰，所以在这里只讨论基于苯丙烷基的产物形成机理。
4结论
篇5
关键词：纤维 沥青马蹄脂碎石 作用
引言
目前，我国市场上的纤维包括有机纤维、木质素纤维、玻璃纤维和矿物纤维等。有机纤维是以高聚物为原料经化工处理后得到的，常用的有聚酯纤维和聚丙烯睛纤维；木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的有机纤维，但路用木质素纤维与木质素纤维是有差别的，路用木质素纤维是以木质素纤维为原料，采用先进的复合工艺使其与非金属矿超细粉复合最终制得的纤维产品，所用原料包括废旧报纸、废旧木质素纤维等，这使得路用木质素纤维的生产减少了对天然木材的大量使用；矿物纤维是从石料中经过加工和一系列物化过程处理后得到的。
1 概述
针对纤维、添加纤维的玛蹄脂及添加纤维的混合料很多单位做了大量的各种性能的检测，如纤维耐热性试验、纤维吸油性试验、纤维与沥青的粘附性试验、玛蹄脂锥入度试验、玛蹄脂软化点试验、玛蹄脂高温流淌性及低温柔韧性试验、混合料松散性试验、混合料的飞散试验、混合料谢伦堡滴漏试验、混合料的高温性能、混合料的低温性能、混合料的耐老化性能试验、混合料的水稳性能试验等。试验结果表明，上述纤维在性能上各有所长，我国目前以木质素纤维在沥青玛蹄脂碎石混合料路面中应用最为广泛。
2 纤维在沥青马蹄脂中的作用
关于路用木质素纤维在SMA混合料中的作用，目前的说法较多，使用种类应根据纤维和混合料机理进行选择，要看对沥青混合料的影响如何，我个人总结纤维在沥青马蹄脂中的作用主要如下面几点。
2.1纤维的稳定作用
路用木质素纤维具有很强的吸油能力，由于沥青玛蹄脂碎石混合料SMA 中的沥青含量较其它混合料要高，纤维的存在可以吸收沥青马蹄脂混合料中多出的沥青，使其在拌和、储存、运输、摊铺以及碾压过程中处于相对稳定状态，防止沥青滴漏现象的发生。纤维使沥青膜处于比较稳定的状态，尤其是在夏天高温季节，沥青受热膨胀时，纤维内部的空隙还将成为一种缓冲的余地，不致成为自由沥青而泛油，提高了温度稳定性。
2.2纤维的增强作用
沥青中酸性树脂组分是一种表面活性物质，它在纤维表面产生物理浸润和化学吸附作用，形成“结构沥青层”，结构沥青比层外的自由沥青粘度高、热稳定性好。沥青基体中的纤维数目惊人，大量的纤维及其表面的结构沥青构成了空间网状结构，使玛蹄脂粘性增大、软化点升高、温度敏感性降低。另外，由于温度、载荷等因素的影响，沥青基体内会产生许多微小的裂纹，在加入纤维后，纤维对裂纹的扩展起阻滞作用，极大地提高了玛蹄脂的抗疲劳性能、延缓了老化、破坏速度，延长了沥青路面的使用寿命
2.3纤维的分散作用
如果没有纤维，用量颇大的沥青、矿粉很可能成为胶团，它不能均匀地分散在集料之间，铺筑在路面上将清楚地看见“油斑”存在。纤维在混合料中呈三维分散状态存在，可以使胶团适当分散；另外还起到加筋作用，提高混合料的承载力。
2.4纤维的吸附及吸收沥青的作用
在SMA混合料中加入纤维稳定剂的作用在于充分吸附（表面）及吸收（内部）沥青，从而使沥青用量增加，沥青油膜变厚，提高混合料的耐久性。
2.5纤维的防裂缝作用
纤维在沥青混合料中的使用可用于预防路面的反射裂缝。使用场合也由最初的沥青加铺层发展到各式各样的沥青混合料中，如SMA路面、薄层或超薄层的沥青混凝土、多孔性沥青混凝土（OGFC）、稀浆封层等，特别对于沥青玛蹄脂碎石混合料路面的反射裂缝起到了很好的抑制和延迟作用。
3 结论
纤维和纤维织物在沥青混合料中得到推广应用，其使用目的由最初的抗反射裂缝的产生转变到对沥青混合料综合性能的改善，使用场合也由最初的沥青加铺层发展到各式各样的沥青混合料中。以上浅述希望能为纤维在沥青混合料的普及应用提供一些借鉴。
参考文献：
[1]加拿大多伦多大学，Davis， N.M，《水泥混凝土路面沥青加铺层
反射裂缝防治措施研究》 1960.
篇6
1.1试验材料(1)原料原料来自于宁夏固原的5年生柠条的平茬废弃物，经自然晒干、粉碎后过10目与20目标准筛，选择粒径介于0.85～2mm之间的粉末作为实验材料。(2)菌种微生物菌种选用模式菌黄孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)，购于美国标准生物品收藏中心(ATCC)，属丝状白腐真菌。(3)纤维素酶纤维素酶(固体)由宁夏夏盛实业集团有限公司惠赠，经测定其总纤维素酶活性(以滤纸为底物测定，pH4.8)约为64FPU/g。(4)培养基PDA培养基。柠条培养基按柠条︰自来水为1︰1.5(质量/体积比，m/v)的比例向柠条中加入自来水搅拌均匀制成，于121℃灭菌30min。
1.2试验方法(1)碱处理碱处理采用0.1%～5%的NaOH溶液以1︰20固液比在100℃下处理15min，用蒸馏水对照。处理后用200目滤布过滤，收集滤液用H2SO4调节pH值至中性并测定滤液中还原糖含量，滤渣用自来水冲洗至中性后烘至恒重。(2)酸处理酸处理采用0.025%～1%的硫酸以1︰20固液比在120℃下处理1h，用蒸馏水做对照。处理后用200目滤布过滤，收集滤液用NaOH调节pH至中性并测定滤液中还原糖含量，滤渣用自来水冲洗至中性后烘至恒重。(3)微生物处理将菌种接种至PDA培养基上于28℃活化5～7天，活化后采用固体接种的方法挑取直径为2～3mm的菌苔接种到柠条培养基上，每瓶接10块。接种后置于28℃培养，分别在第3～6周取样，于105℃干燥4h。(4)酶解糖化采用醋酸-醋酸钠缓冲液(pH4.8)于50℃溶解固体纤维素酶，酶浓度为1.25g/mL。称取0.160g预处理前后的样品，按每克生物质20FPU加入纤维素酶酶液，并用于pH值为4.8的醋酸－醋酸钠缓冲液补充至反应体系总体积为8mL，于48℃静置酶解48h后用定性滤纸过滤，弃滤渣，采用DNS法［13］测定滤液中还原糖含量。(5)木质纤维素含量测定参照NREL的方法［14］测定纤维素、酸不溶木质素(AIL)、酸溶性木质素(L)和木质素(AIL+L)含量，半纤维素含量采用中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维法［15］测定。(6)转化率与总还原糖得率的计算滤渣酶解糖化情况用转化率表示，以酶解转化出的还原糖质量占酶解前生物质质量百分比表示，转化率/%=酶解转化的还原糖质量÷酶解前称取的样品质量×100%总还原糖包含酸/碱水解出的还原糖及酶解产糖，以酸/碱水解产生的还原糖与酶解转化产生的还原糖质量之和占酶解前生物质质量百分比表示，总还原糖利率/%=(酸/碱水解产生的还原糖质量+酶解转化的还原糖质量)÷酶解前称取的样品质量×100%
1.3数据的统计分析方法采用Excel和SPSS19.0统计软件对实验数据进行分析，结果以平均值±标准误差(M±SE)表示，对不同预处理的结果进行统计学Duncan检验比较差异，不同处理间的差异(p＜0.05)以小写字母表示。
2结果与分析
2.1不同预处理后样品质量损失和酶解转化效率变化预处理是生物质转化利用的必要手段，其主要目的是通过预处理破坏木质纤维素的复杂结构，降低纤维素结晶度，提高纤维素酶的效率［16］。预处理过程中，不同方式对酶的催化作用有着不同的效果，酶解转化效率能有效表征不同样品对纤维素酶的敏感程度。转化率反映了单位质量生物质酶解释放可发酵糖的能力，因此以转化率表示不同预处理方法对生物质的改性程度。为了评价3种预处理方法对柠条酶解效果的差异，比较了预处理前后柠条的转化率变化情况，同时考查了预处理对样品重量的影响，结果见图1～3。经不同浓度稀H2SO4处理的样品失重率与酶解转化率如图1所示。由图1可以看出，稀硫酸处理导致柠条重量损失显著，样品失重率随稀H2SO4浓度增加呈上升趋势，硫酸处理后固体残渣的酶解转化率与硫酸浓度无显著相关性。稀硫酸能够有效去除木质纤维素中的半纤维素成分，因此0.1%H2SO4处理即可引起柠条失重率达15.1%，处理程度增加也会导致部分纤维素组分的水解，1%硫酸处理时失重率达到40.8%。从酶解转化率来看，一定浓度的稀硫酸预处理虽然能够促进柠条酶解糖化，但对柠条酶解效率的提高幅度不大，小于0.5%的硫酸处理时，酶解效率随硫酸浓度增加而升高;经0.5%H2SO4处理后的固体残渣酶解效率提高最显著，酶解转化率比对照提高了20.3%;但随着硫酸浓度进一步提高，半纤维素被消化的越多，固体残渣中木质素含量相对升高，不利于酶解，酶解效率反而降低。因此，0.5%H2SO4是柠条酸法预处理的适宜浓度。经不同浓度NaOH处理的样品失重率与酶解转化率变化如图2所示。从失重率的变化可以看出，随着NaOH浓度的升高柠条失重率逐渐升高，当NaOH浓度提高至2.5%时，继续提高NaOH处理的浓度，柠条的失重率基本维持不变。转化率随NaOH处理浓度的变化显示，碱处理能够显著提高柠条酶解转化率，转化率随碱用量增加而持续升高，5%NaOH处理后的柠条酶解转化率最高，比未经处理的原材料提高了147.3%，达13.6%。经黄孢原毛平革菌处理不同时间的样品失重率与酶解后还原糖转化率如图3所示。由图3可知，白腐真菌处理后柠条平茬废弃物的失重率持续升高，最高为处理6周的样品，失重率达42.4%;酶解转化率也均显著高于对照，最高的是处理6周的样品，比未经处理的原料提高了48.6%，其次是处理3周的样品提高了38.1%。因此，白腐真菌处理6周是柠条平茬废弃物微生物法预处理的适宜时间。综合比较图1～3可以发现，从处理后固体残渣的酶解转化效率来看，三种预处理方法对酶解效率的影响程度顺序是:碱＞白腐真菌＞酸;其中，5%NaOH处理后样品的转化率最高，达13.6%，比原材料提高了147.3%。
2.2预处理前后柠条的木质纤维素含量为探究各样品酶解转化率提高的关键因素，进一步测定了原料和经不同预处理后样品的木质纤维素成分，各组成分含量见图4。从图4可以看出，柠条平茬废弃物的半纤维素、纤维素和木质素等3种主要成分占90%以上，近似于木材，其中半纤维素含量最高达34.1%，其次是木质素32.7%。柠条中的可转化底物(纤维素与半纤维素)含量略高于玉米(Zeamayz)秸秆［17］，具有潜在的能源化利用价值。柠条为多年生灌木树种，其木质素含量远高于1年生的玉米秸秆，也高于多年生常绿树种毛竹(Phyllostachysheterocyclacv.pubescens)［18］，不利于可转化底物的释放和利用，这是柠条作为饲料的利用率低下的关键原因。柠条的高木质素含量可能与柠条生长在干旱半干旱的环境有关，研究表明干旱胁迫时植物可以通过提高木质素含量来减少水分损失，抵御干旱带来的不利影响。2#和3#为硫酸处理后的样品，硫酸处理后柠条中的纤维素和木质素含量升高，而且随着处理强度增加，硫酸对纤维素的水解程度增加，半纤维素含量显著降低，其中样品3#的半纤维素含量最低，为2.4%，比对照降低了93.0%，说明0.5%硫酸处理已经基本完全除去了柠条中的半纤维素，进一步增加硫酸浓度对预处理效果影响不大。4#～6#为碱处理的样品，经碱处理后，柠条中纤维素含量显著升高，酸不溶性木质素AIL含量显著降低，其中，样品6#的纤维素含量最高，达50.2%，AIL木质素含量最低，为21.0%，说明2.5%NaOH处理能够有效去除柠条中木质素，导致纤维素含量相对增加。经白腐真菌处理后，纤维素和半纤维素含量均降低，说明白腐真菌降解柠条中的纤维素与半纤维素来获得营养物质;L含量显著高于所有处理后样品及原料，说明白腐真菌能使柠条木质素显著改性，该过程主要是以微生物胞外酶为主导的酶促反应，条件温和，速度缓慢。不同预处理后柠条中的半纤维素含量均显著降低，L含量均有所增加，说明柠条中的半纤维素比较容易被破坏，不同预处理均能改性木质素。结合不同预处理后酶解转化率和主要成分的变化情况可以发现，预处理后木质素的脱除与改性是提高柠条酶解效率的关键因素。
2.3不同预处理样品的总还原糖得率除酶解转化率外，样品的质量损失在预处理方法评价中也是需要考虑的重要因素，因为几乎所有的木质纤维素预处理方法都无法避免样品质量损失，造成可转化底物的流失。总还原糖得率以预处理前生物质质量为基础，综合考虑预处理后从液体部分和固体部分酶解所获取的总还原糖量。总还原糖得率的计算过程引入了预处理引起的质量损失，能够从可转化物质产出的角度综合评价不同预处理方法。稀硫酸处理样品后，半纤维素(主要多糖是木聚糖)被水解生成单糖和可溶性低聚糖［20］，因此水解液中会含有木糖等还原糖，经稀H2SO4处理后总还原糖得率需要同时考虑水解液中糖得率和滤渣经酶解后糖得率。收集水解液用DNS法测其中还原糖含量并根据处理前样品质量计算水解液中还原糖得率，结果见图5(A)。由图5(A)可知，稀硫酸处理水解液中还原糖得率也随H2SO4浓度增大而增加。H2SO4浓度从0.1%增加到0.5%时，水解液中还原糖得率增加显著;当H2SO4浓度达到0.5%以后，继续增加其浓度，水解液中还原糖得率提高不大。结果表明，当H2SO4浓度达到0.5%时，增大其浓度样品中基本无还原糖继续释放，可能是因为在此处理浓度下半纤维素已经基本水解完全，继续增加处理强度只能引起部分纤维素非结晶区的水解。合并H2SO4处理后水解液中还原糖得率和滤渣经酶解后的还原糖得率，即为不同浓度稀H2SO4处理后的总还原糖得率，结果见图5(B)。由图5(B)可知，当H2SO4浓度在0～0.5%之间时，增加其浓度，所对应的总还原糖得率也随之增大而且增加速度较快;当H2SO4浓度大于0.5%时，继续增加H2SO4浓度，总还原糖得率变化不显著。H2SO4浓度为0.5%时总还原糖得率最高，为17.9%，是未处理原料的3.3倍。经NaOH处理后，滤液中主要为木质素水解的产物，经测定其中基本不含有糖类物质，因此，碱处理样品的总还原糖全部来源于处理后滤渣用纤维素酶水解产生的糖，总还原糖得率见图6。由图6可知，0.5%～5.0%NaOH处理能有效提高柠条的总还原糖得率，浓度为0.5%和1%NaOH处理后样品的总还原糖得率最高，达8.5%，比对照提高了55.6%;其次是经浓度为5%和2.5%NaOH处理后的样品。白腐菌处理后样品总还原糖得率变化情况见图7。由图7可以看出，白腐菌处理3周的样品总还原糖得率最高，为5.8%，但与对照相比没有显著性差异;延长生物处理时间到4～6周后，总还原糖得率降低且显著低于未经处理的对照样品。这可能是由于白腐菌在破坏生物质结构的过程中，通过分泌胞外纤维素酶水解其中的纤维素，获得葡萄糖作为碳源和能源，导致处理后样品的可水解底物减少，致使总还原糖得率不断降低。综合分析比较图5～7可知，3种预处理方法对于柠条平茬废弃物总还原糖得率的影响程度排序是，酸＞碱＞白腐真菌;其中，0.5%H2SO4处理后总还原糖得率最高，可达17.9%，比未处理原料提高2.3倍。
3结语
篇7
关键词 烟草；烟杆；纤维素酶；协同降解作用
中图分类号 Q93 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）11-0225-03
Abstract In order to reuse the waste tobacco stalk，several microbial strains can use waste tobacco rod high-temperature aerobic composting were screened，preliminary detection of several decomposed strains was conducted，and the further testing for strains synergistic effect of the combination and proportion was carried out.The results showed that three groups of degradation of tobacco stalk cellulose strains can grow in the culture medium which with tobacco stems as the sole source of nutrition，and has strong cellulose degradation ability，number of strains were H2568，B1，M1.Synergistic test indicated when biomass ratios of H2568，B1，M1 with 1.0∶1.0∶1.5，combination with the strongest degradation of the cigarette rod ability，the degradation rate of cellulose，hemicellulose degradation rate，lignin degradation rate reached 56%，70%，33%，the highest fiber prime enzyme activity reached 625.44 U/mL.
Key words tobacco；tobacco stalk；cellulase；synergistic degradation
烟草不仅是一种极具经济价值的作物，而且也是具有科研价值的一年生模式植物[1]。我国的烟草种植量和生产量稳居世界首位，在烟草采收和运输的过程中，大量的烟杆会被放弃或焚烧，即污染环境又造成资源浪费[2-3]。如何再充分利用这些废弃烟杆，成为目前迫切需要研究解决的课题。杨政明[4]、詹其厚[5]、张从军[6]等利用烟杆中含有大量的氮、磷、钾及微量元素的特性，利用废弃烟草生产有机复合肥分别在核桃、夏玉米、水稻上施用取得了较好的肥效，并使农作物产量显著增加。但是又因烟杆中含有77.4%纤维素和半纤维素、18.63%木质素[7]，显著高于禾本科作物秸秆中木质素含量，因此其难以被充分利用[8]。张楠[8]、周熠[9]对烟杆中纤维素进行了降解并取得了不错的效果，但纤维素的降解率不到40%，理论上还有一定的提升空间。因此，本研究通过组合高效的好氧纤维素、半纤维素、木质素降解组合菌群，考察其对烟杆的降解效果并优化其组合比例，以便开发能够利用废弃烟杆制作高温好氧堆肥的高效微生物菌剂[10]。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本试验所有烟杆由中南烟草试验站提供。培养基：细菌培养基为0.5% NaCl，0.5%牛肉膏，1%蛋白胨，蒸馏水100 mL，pH=7；真菌培养基为综合PDA琼脂培养基（20%马铃薯提取液，2%葡萄糖，0.3% KH2PO4，0.15% MgSO4・7H2O，0.02%维生素B1，蒸馏水100 mL，pH=7）。烟杆选择培养基为10%烟杆，蒸馏水100 mL，琼脂粉2.0%，调pH值至7。烟杆液体发酵培养基为10%烟杆，蒸馏水100 mL，调pH值至7。
1.2 试验方法
1.2.1 菌种初步筛选。从土壤、腐熟的烟杆、刚屠宰的牛的胃部以及实验室现有的纤维素降解菌中筛选能降解烟杆的菌种。将各菌株分别接种1环到2种种子液培养基扩大培养，培养温度分别为25、37 ℃，摇床转速为180 r/min，发酵24 h后，各取种子液0.1 mL涂布在烟杆选择培养基上，分别在25、37 ℃培养，3 d后观察菌种生长情况。选择能在烟杆选择培养基上生长的菌种进行下一步烟杆液体发酵试验。
1.2.2 不同菌株烟杆液体发酵试验。将各菌株种子液以10%的接种量接种到烟杆液体发酵培养基培养，发酵10 d后以4 000 r/min离心10 min，取上清液1 mL适量稀释，用DNS法测定还原糖，选取还原糖含量较高的菌株进行下一步试验。
1.2.3 各菌拮抗性试验。将活力较高的菌株进行两两拮抗性试验，利用抑菌圈法在蛋白胨、牛肉膏培养基（37 ℃）和PDA培养基（25 ℃）上培养24 h后，观察菌株相互拮抗的情况。
1.2.4 不同组合菌烟杆液态发酵试验。将无明显拮抗性作用的菌株做三菌种组合和四菌种组合发酵试验，把混合种子液于37 ℃、180 r/min扩大培养24 h，按接种量10%的烟杆液体发酵15 d，测定发酵液中纤维素、半纤维素、木质素降解率，选出降解效率较高的4组菌种进行下一步试验。
1.2.5 组合菌酶活力与发酵时间的关系。将选取的最佳组合菌在37 ℃、180 r/min条件下进行烟杆液体发酵15 d，间隔测定发酵过程中的纤维素酶活力。
1.2.6 组合菌酶活力与发酵温度的关系。将选取的最佳组合菌分别在40、50、60 ℃及其他条件不变的条件下发酵11 d，测定纤维素酶活力，判断所选组合菌是否具有耐高温性。
1.3 分析方法
1.3.1 纤维素、半纤维素、木质素定量分析方法。通过测定还原糖的增加量可以初步挑选出更能高效降解烟杆的菌种，但是为了更详细地了解烟杆中主要成分的降解情况[11]，下一步试验以纤维素、半纤维素、木质素的降解率为主要试验指标[12]。图1为纤维素、半纤维素、木质素定量分析方法。
1.3.2 纤维素酶活性测定方法。取10 mL发酵液用离心机4 000 r/min离心10 min，取上清液1 mL稀释25倍制成待测酶液。取4支25 mL刻度具塞试管（2支平行管、1支空白管）。分别向所有管中加入CMC-Na溶液2.00 mL，再加入稀释好的待测酶液0.50 mL（空白管不加），用漩涡混匀器混匀，盖塞。（50.0+0.1）℃水浴30 min后，加入DNS试剂3.0 mL，于空白管中加入待测酶液0.50 mL，摇匀。沸水浴10 min后，迅速冷却至室温，用水定容至25 mL，以空白管调仪器零点，在分光光度计波长540 nm下，用10 mm比色杯分别测量样品管中样液的吸光度，取平均值。通过用线性回归方程求出纤维素酶活[13]。
2 结果与分析
2.1 烟杆化学组成分析
首先对提供的样品进行了部分化学组成的检测，尤其是对于纤维素类的物质成分进行了定量分析。在提供的烟杆样品中，总纤维素含量达到77.44%，木素含量大约为18.63%，果胶含量为3.89%，苯-醇溶出物含量为3.21%，另外还有5%左右的灰分。可见，烟杆中含有丰富的纤维素类物质资源，如果能够对这些纤维素降解后加以利用，完全可以提高烟杆废弃物的利用价值。
2.2 纤维素菌的筛选
在筛选出来的微生物中有11组菌种能利用烟杆生长，将其分别编号为H2568、H1249、H1348、H1764、H4479、B1、M1、N1、Y1、Y2、Y3。进行下一步烟杆液体发酵试验以确定所需纤维素菌。
2.3 纤维素菌的确定
初步筛选的11组菌株在降解烟杆多糖生成还原糖的能力上差异较为显著。从图2可以看出，这些微生物生成还原糖的量从高到低的顺序依次为B1、M1、H2568、N1、H1249、H1348、Y3、H1764、H4479、Y2、Y1。选取其中降解能力最强的5株菌H1249、H2568、B1、M1、N1，作为下一步菌种协同降解作用的基础进行拮抗试验。
2.4 不同菌种拮抗结果
有很多试验研究表明，复合菌群较单一菌的降解能力强，特别是针对纤维素、木质素等需多种酶协同降解的物质，不同菌种组合起来可以起到补充和加强分解的作用。但在同一生长环境下，不同菌株之间产生拮抗性作用会抑制其自身生长和产酶活力。利用菌株之间不相容性，进行拮抗性试验，从表1可以看出：H1249与B1拮抗，选取相对降解能力更强的B1。得到所需的4株无明显拮抗性的菌株H2568、B1、M1、N1，可用于下一步菌种组合研究。
2.5 半纤维素、木质素和纤维素的降解情况
在多菌株协同降解试验中发现H2568、B1和M1这3种菌种以等量进行组合时能够取得较好的降解效果（图3），纤维素、半纤维素、木质素的降解率分别达到了47%、63%、26%。因此，对烟杆纤维素降解效果最为理想的协同菌群组合确定为H2568+B1+M1。
2.6 组合菌酶活力与发酵时间的关系
将上述试验中确定的最佳组合菌H2568-B1-M1烟杆液体发酵15 d[14]，观察其发酵过程中酶活力的变化情况（图4），发酵第11天时，发酵体系中纤维素酶的活力最高，达到625.44 U/mL，随后酶活力开始逐步降低。
2.7 组合菌酶活力与发酵温度的关系
高温对菌株的生长与产酶不利，但由于现阶段烟杆大多处理方式为堆肥，那么固态发酵所需升温过程不能避免，因此需要筛选出的组合菌能够耐高温来适应固态堆肥。从图5可以看出，在发酵11 d后，H2568-B1-M1的纤维素酶活不可避免的受到高温影响，但是即使在60 ℃下仍能达到250.47 U/mL。组合菌耐高温试验证明了H2568-B1-M1能长期保持较高的纤维素酶活力且耐高温。
2.8 菌量比例对协同降解作用的影响
确定H2568、B1与M1为最佳的菌种组合后，对其接种时的比例进行优化试验。从图6可以看出，H2568、B1与M1以1.0∶1.0∶1.5的比例组成烟杆发酵种子液时，取得了最佳效果。其纤维素降解率、半纤维素降解率、木质素降解率分别达到56%、70%、33%，较1.0∶1.0∶1.0配比时的降解能力显著提升。
3 结论与讨论
烟叶产量的增加同时产生了大量的废弃烟杆。由于烟杆不易腐烂也不能直接用于肥田，因而绝大部分都是作为废弃物被丢弃或焚烧，这不仅不同程度地污染了当地的生活生产环境，也造成了资源的浪费。经试验证明通过微生物发酵将烟杆中的大分子物质降解，将纤维素、半纤维素、木质素降解为小分子的单糖，使卷烟制造产生的废弃物转化为农业生产中急需的有机肥，具备广阔的生产应用前景。而烟杆中有机质的降解依赖于微生物是否产生多种酶系和产各种酶系活力的强弱。基于纤维素酶的复杂性，大量试验证明，复合菌液体发酵产纤维素酶活力高于单菌株，在同一生长环境下，相互依赖，共同生长，达到良好的协调作用。因此，筛选出无明显拮抗、耐高温、长时间具备高酶活且能高效降解烟杆的组合菌是试验的基础。在自然环境中常见的纤维素分解细菌大多为食纤维菌属、生孢食纤维菌属、多囊菌属、镰状纤维菌属与纤维弧菌属。具有很强的纤维素分解能力的真菌主要有木霉、镰刀霉、青霉、曲霉、毛霉、葡萄孢霉等属的菌种。本试验前期筛选了多种能降解纤维素的细菌、真菌用于进一步测试它们对烟杆的降解能力。因此，确定最佳的降解烟杆组合菌是为下一步研究提供了根本的基础。本试验中纤维素酶活力和还原糖的生成量能说明菌种自身降解能力的强弱，从另一角度总纤维素、半纤维素、木质素的变化情况反映了组合菌的降解效率。H2568-B1-M1以1.0∶1.0∶1.5的比例进行烟杆液体发酵，11 d后其纤维素降解率、半纤维素降解率、木质素降解率分别达到56%、70%、33%，说明经H2568-B1-M1产生多种酶系，促进了有机质的降解，对烟杆的降解取得了较显著效果，进一步提高纤维素酶活力，增加还原糖的生成量，提高纤维素、半纤维素、木质素的降解率，为进一步进行烟杆固体发酵奠定基础。
4 参考文献
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篇8
一、纤维素成纸的原理
造纸的原料是植物纤维,主要由纤维素构成。纤维素是由葡萄糖分子通过β1,4糖苷键连接而形成的葡聚糖,结构式如图1所示,其中n为聚合度。它不溶于水及一般有机溶剂,在酸中不稳定,在碱中稳定。纤维素分子中含有大量亲水性很强的羟基（图2A）。当植物纤维经提纯并分散于水介质中时,这些羟基发生吸水作用,使纤维润胀（图2B）。当纤维素分子相互靠近时,相邻两个分子中的羟基氧原子通过水桥把水分子拉在一起（图2C）,这就是纸浆用帘子捞出并滤去多余水分后,帘子上所形成湿纸层的内部状态。由于水桥的作用力不强,因此湿纸层的物理强度不大。湿纸层烘干后,纤维素分子间直接形成氢键（图2D）,纤维素分子相互紧密交结,成为具有一定强度的纸张。
二、工业造纸工艺简介
现代工业造纸工艺包括制浆、调制、抄造、加工等主要步骤。
1.制浆
制浆为造纸的第一步,是将木材转变成纸浆,使纤维分离。常用方法有机械制浆法、化学制浆法和半化学制浆法。其中,化学制浆法是用化学药品的水溶液在一定温度和压力下处理植物纤维原料,将原料中的木素和果胶以及油脂、树脂等溶出,并尽可能地保留纤维素和不同程度地保留半纤维素,使原料纤维彼此分离成浆。我国制浆工业主要采用碱法制浆,用碱性化学试剂的水溶液处理植物纤维原料。常用的碱性化学试剂有NaOH以及NaOHNa2S。
2.调制
这是造纸的另一重要步骤,目的是调整产品纸张的强度、色调、印刷性和保存期限,一般可分为散浆 、打浆、施胶与加填等步骤。以打浆为例,其原理是用机械力将纤维细胞壁和纤维束打碎,并将过长的纤维切短,以使纤维素润胀和细纤维化,更多的羟基暴露出来形成氢键,提高纤维的柔软性和可塑性。
3.抄造
这一步骤是使稀的纸料均匀地交织,并脱水,最后得到纸张。将纸浆和辅料分散于水悬浮液中,然后在纸机网上成形,经压榨、干燥而抄成纸的方法称为湿法抄纸。近明出干法抄造工艺,使用胶黏剂将纤维黏结在一起,可以保证成纸的强度。
三、香蕉皮的组成及处理原理
香蕉皮所含主要成分为纤维素（58.5%～76.1%）、半纤维素（28.5%～22.9%）、木质素（4.8%～6.13%）,还有果胶及树脂等。用香蕉皮造纸,利用的是它含有的纤维素,其他非纤维素成分对会对纸的质量产生不良影响,所以都需要除去。碱法蒸煮的主要目的是利用碱性化学试剂尽可能地除去纤维原料中的木质素,半纤维素及果胶也可与碱发生反应,此外树脂、蜡、脂肪等也因发生皂化反应而脱除。下面介绍利用氢氧化钠去除木质素、半纤维素及果胶这三类主要杂质的原理。
1.去除木质素
木质素是由4种醇单体（对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的芳香族高分子聚合物,在无机酸中稳定性高。有时会发生缩聚反应,呈三维网状空间结构。木质素的存在可大大降低纸的强度和寿命,而且它很易氧化形成色素,使纸张老化、变色并发脆。氢氧化钠与木质素作用,使木质素分子链中的氧桥断裂,产生具有酸性的酚羟基,其可形成钠盐,溶于碱液中,从而得以去除。以愈创木基木质素为例,碱处理反应为：
2.去除半纤维素
半纤维素是能溶于稀碱的低分子量聚糖类物质。纸浆中半纤维素的含量增大会降低产品纸的机械强度,但半纤维素在水中的润胀性能好,有利于打浆,所以在工业制浆过程中需适当保留半纤维素。半纤维素可溶于烧碱溶液,比纤维素更易水解,在烧碱溶液中彻底水解后可得到戊糖、己糖以及某些戊糖和己糖的衍生物等。以聚木糖为例,碱处理反应为：
3.去除果胶
果胶是由不同酯化度的半乳糖醛酸以α1,4糖苷键聚合而成的多糖物质,多以难溶性的钙盐、镁盐或酯类形式存在。果胶如不除去,会使纤维粗硬或成束。碱液可使果胶酸的钙盐、镁盐水解为可溶性果胶酸钠盐而除去,也可通过使果胶大分子断裂而除去。以酯类形式存在的果胶为例,其溶于碱的反应为：
四、香蕉皮造纸学生实验方案
1.实验目的
（1）了解造纸工业中碱煮工艺的化学原理。
（2）体验造纸的基本过程,熟悉造纸的基本方法。
（3）学习打浆机的操作方法和金属网的使用技巧。
（4）建立环保意识,体会充分利用资源的重要性。
2.仪器和药品
仪器：家用打浆机（奶昔机）,600目金属筛网,电热烘箱,烧杯,玻璃棒,电热套。
药品：半熟香蕉皮,40%氢氧化钠溶液,pH试纸。
3.实验步骤
（1）切分：取80 g新鲜香蕉皮,切分至尽量小的碎块。
（2）打浆：向香蕉皮碎块中加入水,至刚好浸没过碎块。用打浆机打浆3～5 min,至呈可缓慢流动的浆液状。
（3）碱煮：将浆液与浓度为40%的氢氧化钠溶液等体积混合,加热煮沸90 min以上。
（4）过滤：用600目金属筛网（大于100目即可）过滤,所得不溶物质的主要成分即为纤维素。
（5）洗涤：用清水冲洗金属筛网中的纤维,至纤维的pH为中性。
（6）浸润：将洗涤后的纤维连同筛网在清水中浸泡8～10 min,使纤维润胀并洗去残余的金属离子。
（7）上网：将浸润后的纤维浆液摇匀,使其均匀地平铺在金属筛网上,厚度以可完全覆盖住金属筛网的网眼为宜。注意厚度不宜过小,否则不能成片。也不易过大,否则较难干燥。
（8）干燥：将平铺均匀的纤维浆液置于电热培养烘箱中,50℃下干燥60～70 min,即得到纸片。
4．说明
（1）笔者根据已有的工业制纸方法及可食性膳食纤维纸的制备方法反复进行实验,摸索药品试剂的用量、每个实验步骤所需的时间及其他实验条件,最后总结出以上利用香蕉皮制纸的简易实验方案。
（2）本法制得的香蕉纤维纸呈浅灰色,基本具备了纸张的功能,可折叠而不断裂,可流畅地在上面书写。但书写力度过大会导致纸张破裂,用力拉扯也可使其断裂。
（3）提高产品纸张质量的方法
① 去除表面残留的胶质
可在碱煮之前采用果胶酶预先去除果胶：将果胶酶与香蕉皮浆液以1:10的比例混合,在pH为7,温度为55℃的条件下水浴加热1 h。
② 提高白度
提高碱液浓度,延长碱煮时间,可提高白度。也可以在碱煮后向浆液中加入次氯酸钠进行漂白。
③提高柔软度和强度
打浆时使浆液尽量细,可提高柔软度。控制适宜的干燥时间,时间太短干燥不充分,不能成纸。而时间过长纸张含水量会过低,强度较差,柔软度也差。可加入增强剂提高强度,如加入聚丙烯酰胺和改性三聚氰胺甲醛树脂。
参考文献
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篇9
关键词：纤维、沥青混合料、路用性能、改善
中图分类号：TQ177.6+3 文献标识码：A 文章编号：
1引言
纤维应用于沥青混合料能够取得良好的路用性能，在稳定性、耐久性、疲劳性能以及抗冲击性能上都有显著的改善，但我国的路用纤维研究总体上落后于国外，特别在有机纤维、植物纤维以及矿物纤维的性能及应用研究上。鉴于纤维在道路上的优点以及前景，本文通过选取木质素纤维、聚酯纤维、矿物纤维等三种道路纤维进行了马歇尔试验、高温车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验，用以评价不同纤维改善沥青混合料的性能，为我国的道路行业提供指导性的研究结果。
2材料
2．1 沥青
本试验采用盘锦AH-90#重交通沥青.
2.2 集料
本试验采用陕西石灰岩、机制砂和矿粉。本实验的混合料矿料级配均采用AC-13中值。
2.3 纤维
本试验采用的三种纤维主要性能技术指标如表2所示
表2三种纤维的主要技术指标
2.4最佳纤维用量
本研究通过长安大学张超教授提出的“应变能指标”[2]确定三种纤维的最佳纤维用量。在最佳纤维用量下，制作马歇尔试件，其马歇尔技术指标如表3所示。
表3 不同纤维在最佳用量下的沥青混合料技术指标
3路用性能试验分析
为了对比检验不同类型纤维对沥青混合料路用性能的改善效果，根据每种纤维各自的最佳含量下，对其混合料的各种路用性能指标进行分析研究。
3.1高温车辙试验及分析
车辙试验是评价沥青混合料在规定温度条件下的抵抗塑性流动变形的能力方法，一般认为沥青混合料的车辙试验评价指标与沥青混合料的高温稳定性呈正相关的关系[3]。在沥青混合料中加入不同纤维，比较不同纤维对沥青混合料高温抗车辙性能的改进作用以及不同纤维改进作用的差别。其车辙试验结果如表4所示。
表4 不同纤维沥青混合料车辙试验结果对比
试验结果分析：纤维的加入对混合料的高温稳定性均有一定的改善提高。不同纤维对混合料的高温稳定性影响不同。在三种纤维中影响最为显著的是聚酯纤维。聚酯纤维对混合料的动稳定度提高了27.1％；其次是木质素纤维，提高了21.4％；矿物纤维对混合料的动稳定度提高了12.9％。纤维的加入对沥青混合料的高温稳定性均有一定的提高。在这三种纤维中，尤其以聚酯纤维对混合料的高温稳定性提高最为明显，其次依次是木质素纤维和矿物纤维。
3.2低温性能试验及分析
低温弯曲试验作为确定纤维在混合料中最佳含量的试验方法，是评价混合料低温性能的主要指标。以剪切试验仪分别对有机纤维、植物纤维以及矿物纤维混合料以及无纤维混合料进行低温小梁弯曲试验，研究各种纤维对沥青混合料低温性能的改进作用以及不同纤维改进作用的差别。三种纤维在各自最佳含量下的混合料低温弯曲试验性能指标如表5所示：
表5 三种纤维在各自最佳含量下的混合料低温弯曲试验性能指标如表
试验结果分析：
三种纤维沥青混合料的抗弯拉强度都有不同程度的提高，聚酯纤维具有良好的力学性能，均匀的分散在沥青混合料中，提高了沥青混合料的整体的力学性能，聚酯纤维的抗弯拉强度提高最大，比无纤维混合料高出19.6％；木质素纤维的抗弯拉强度最小，比无纤维混合料高出8.2％；矿物纤维混合料的比无纤维混合料高出12％
由于沥青混合料中加入了纤维，纤维沥青混合料的延展性有明显改善[4]，纤维沥青混合料的弯拉应变都有增大。其中，木质素纤维的拉应变最大，高出了无纤维混合料约25.3％；聚酯纤维和矿物纤维的弯拉应变相近，比无纤维混合料高出约12％。
由上表可以看出，加纤维的混合料在低温下的破坏力和劲度模量降低，低温抗裂性能提高。在环境温度较低的条件下，沥青混合料的劲度模量低一些有利于混合料的低温表现。三种纤维低温抗裂性能：聚酯纤维＞木质物纤维＞矿物纤维。
在沥青混合料中加入了纤维，增加了材料之间的粗糙度和摩擦力，使得纤维沥青混合料的应变能都有较大提高，但三种纤维沥青混合料的差距很小。
3.3水稳定性研究
本研究主要通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来分析不同纤维对沥青混合料的改善影响。
(1)浸水马歇尔试验结果对比
浸水马歇尔试验是技术规范中检验混合料水稳定性的常规方法。试验方法是采用标准击实法成型直径101.6±0.2mm、高度63.5±1.3mm的马歇尔试件，并将试件分别置于60℃的恒温水浴中浸水保温30～40min和48h，然后用自动马歇尔稳定度实验仪分别试验上述试件的非条件和条件马歇尔稳定度和，并按照=/* 100计算试样的浸水马歇尔残留稳定度，比较不同纤维对试样浸水马歇尔残留稳定度的影响[5]。其测试结果如表6所示
表6 浸水马歇尔试验结果
试验结果表明，聚酯纤维和矿物纤维的混合料稳定度较高，木质素纤维混合料的稳定度和普通沥青混合料的稳定度相当。浸水马歇尔指标聚酯纤维混合料的残留稳定度较大，其它两种类型混合料的残留稳定度也维持在90％以上。
(2)冻融劈裂试验
实践证明，冻融劈裂试验的残留强度指标与混合料的水稳定性有很好的相关性。该试验是测定混合料试件在受到水损坏前后劈裂破坏的强度比，以评价沥青混合料的水稳定性能。该试验采用马歇尔击实法成型直径101.6±0.2mm、高度63.5±1.3mm的试件，双面各击实50次、将试件分成两组，然后计算条件和非条件下试件的劈裂抗拉强度RT2和RT1，并按照TSR＝（RT2/RT1）*100 计算无纤维及掺不同纤维的马歇尔试件的冻融劈裂抗拉强度比[5]，比较其性能，试验结果如表8所示。
表7 不同纤维沥青混合料冻融劈裂试验结果对比
纤维的加入，不同程度的提高了混合料的冻融劈裂强度。其中聚酯纤维沥青混合料比普通沥青混合料的约提高了14.5％，木质素纤维的提高了25.93％，矿物纤维的提高了25.64％，其抗水损害能力较普通沥青混合料有明显的提高。因此，纤维对沥青混合料的水稳定性有改善作用。纤维可以吸附部分沥青，从而增大沥青用量，提高沥青饱和度；并且使粘附在矿料上的结构沥青膜变厚[6]，降低水对沥青胶浆的浸蚀破坏作用，增强沥青胶浆抵抗自然环境破坏的能力，使混合料抗水损害能力增强。
4结论
（1）性能对比试验分析表明，在沥青混合料中掺人不同纤维后，由于纤维的桥联搭接[7]与加筋作用，其水稳性、抗车辙能力和低温抗裂性等均得到了明显的改善与提高。但是不同的纤维改善和提高的幅度各不相同，通过马歇尔试验、高温车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验综合分析评价可得出聚酯纤维的综合改善效果比矿物纤维和木质素纤维好。（2）沥青混合料中加入纤维，由于纤维加筋稳定剂的吸附、稳定及多向加筋作用，可以较好地改善沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性，但是对水稳定性的影响效果不是很明显，在以后的研究中可以尝试在纤维中加入改性剂来改变沥青的流变特性。（3） 纤维可以很好的改善沥青混合料的使用性能，故越来越多的沥青路面采用纤维沥青混合料来铺筑。然而，由于纤维改善沥青混合料机理的复杂，如果纤维的类型选择不当，将严重影响纤维对沥青混合料的改善效果。因此，研究不同类型纤维对沥青混合料的改善效果对确保纤维改善沥青混合料发挥最大效果具有重要作用.
参考文献：
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篇10
纸浆造纸工业因各个工艺产生的废水成分不同，处理方法有所不同（如表1所示）[1]。而量大、成分最复杂、污染最甚者为精选、漂白等工艺的废水。目前，处理这些废水大多采用化学沉淀、活性污泥、药浮、气浮等方法。但是，经这些方法处理后的废水往往达不到严格的排放标准，特别是活性污泥法，由于在夏季几个月的高温影响了活性污泥处理的效率，而活性污泥厂消化处理造纸废水中的芳香族化合物尤为困难。
近年来，以半透膜为分离介质的超滤（UF）、反渗透（RO）、电渗析（ED）等方法处理纸浆、造纸废水，在国内外都普遍地进行了开发研究[3]。废水中许多有价值的化工产品，如木质素、木质素磺酸盐、香兰素等，在膜法处理过程中得以回收，净化的水可回用于造纸过程。因而，十多年来膜法处理工厂在世界许多国家的造纸工业中陆续建立并投入运行。表2列出了丹麦DDS公司生产的膜装置在世界国家造纸工业中运行的部分情况[3、4]。据报道[4]，到1980年底，仅DDS公司的UF、RO膜用于造纸工业的面积已经达到约2787m2，通过UF法回收的副产物（以固体计）达15000-20000吨/年，回用的水约达454.6m3/天。由此可见，膜法处理造纸废水是一种进行深度处理的大有前途的新型技术，已产生惊人的社会效益、环境效益和经济效益。
表1不同工艺的废水成分和一般处理方法工艺产生污染的物质废水水质成分*处理方法SSBODCOD色度工艺内部排放的废液湿式粉碎树皮木屑千化凝聚沉淀，上浮蒸解木质素，半纤维素等提高蒸解废液的回收率浓缩燃烧精选成束纤维，微细纤维，木质素等封闭化，半封闭化筛网过滤，凝聚沉淀，上浮漂白氯化木质素，还原糖，有机酸反洗，氧漂白等凝聚沉淀，活性污泥，超滤抄纸微细纤维，填料回收SS，节水凝聚沉淀，上浮
本文比较分析膜法工艺方案与不同的工艺流程，描述处理造纸废水的膜系统特征及其相对于常规法的优越性，着重对列举的大量膜法处理造纸废水的研究成果与膜法工厂的设计、运行、效益进行详细描述，并在初步评论的基础上，展望膜法处理造纸废水的前景。
表2DDS公司的膜装置在造纸工业中的应用按装年份膜系统使用国家废水类型或回收的产品1974-1979UF挪威木质素磺酸盐1976RO挪威铵基亚硫酸盐1978UF北美木质素磺酸盐1978RO加拿大钙基亚硫酸盐1978UF瑞典牛皮纸漂白废液1980UF芬兰牛皮纸黑液1980UF芬兰木质素磺酸盐1980UF日本牛皮纸漂白废液1980RO意大利钙基亚硫酸盐1980RO阿根廷中性亚硫酸盐，半化学纸浆废液1986UF+RO钙基亚硫酸盐，回收木质
二、膜法处理造纸废水的工艺
1、膜系统的设计
①膜和装置类型的选择，由于造纸废水的温度较高、pH值范围较宽，因此应选用耐温和化学药品的膜，如聚砚、聚砚酰胺、含氟聚合物及其他一些聚合物制成的UF、RO膜，以及聚乙烯异相阴、阳离子交换膜等。由于废水成分复杂且含量较高，因此应选用流动状态较好的管式、板式膜UF、RO装置，才能获得较满意的处理效果。
②膜系统设计的选择选用无论是UF膜法或RO膜法，在恒定操作参数下处理造纸废水时，透水量均随溶液浓缩倍数的增加而明显地下降。鉴于膜法这一特征，有几种不同的设计方案（如图1所示[2]）可供选择。
图1（a）是最有效的设计，通常RO工厂都使用这种运行方式。对于浓度较低的废水，效果特别显著，当料液逐个通过膜组件时，往往可除去料液中5-20%的稀溶液。图1（b）的方式对于小型的UF系统较为合适，因为系统中组件数目少，回路中的溶液可以连续不断地循环，一直浓缩到所要求的最终要浓度。但是这种方式的运行效益不高，因为膜几乎一直处于与最浓的溶液接触之中。图1（c）是一个多段连续系统，供给液在每一段都经过一定循环浓缩，最终逐段被浓缩到所要求的浓度。由此可见，对于UF和RO系统都是合适的。
