薰衣草中木质素的提取及结构表征开题报告

 2022-07-13 16:05:07

1. 研究目的与意义

我的选题是《薰衣草中木质素的提取》。

随着科技的不断进步,世界的快速发展,人们对能源的需求越来越强烈,与此相反的是日益匮乏的可再生能源储量,新能源的开发成了亟待解决的问题。

生物质是公认的可再生有机碳的最佳来源,可用生物质生产燃料,是植物界中含量仅次于纤维素的第二大丰富和重要的天然大分子高聚物,其存量巨大的优点引起了人们的重视。以期将来能部分取代日益枯竭的化石资源。木质素在造纸和制浆工业中作为被遗弃的物质,没有得到有效的利用,造纸黑液对环境的污染巨大。生物秸秆、木屑、稻草、干果壳等富含木质素的原料也普遍作为垃圾丢掉。现在试图从黒液中提取木质素以作能源使用,不仅对环境保护有重要意义,对于开发新能源也是新的突破。基于不与人争粮的原则,木质生物质的转化利用成为生物炼制领域的研究热点。

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2. 研究内容和预期目标

主要研究优化木质素的提取工艺条件以得到高产率的薰衣草木质素,探究薰衣草木质素的理化特性。

3. 国内外研究现状

薰衣草中的芳香族植物是有机化合物,具有重要的生理功能。精油含有二次代谢物和同酚类化合物,是其中通过芳香植物产生的最重要的成分,单萜和倍半萜类化合物是主要的精油成分。酚类化合物是一种化学异构组,其中含有简单的酚、酚酸、香豆素、黄酮类、芪类化合物,水解和缩合单宁、木脂素和木质素。

木质素的结构复杂,不同植物的木质素分子结构也不相同。 木质素的物理性质存在很大的差异,影响因素主要有: 不同的植物种类、内部构造及部位,导致了提取分离方法的不同;溶解度不同,有的受Ph影响,有的不会;相对分子质量很大,在几十万的水平,提取后的木质素分子量只在几千至几万的范围,是由于提取过程中降解、缩合以及变性,造成分子量减小。木质素反应活好性;芳香环结构使木质素具有良好的机械性能,可以大范围的进行化学结构转化;侧链上其他活性基团使得其可以制备简单的接枝聚合物;粒径小,在共混体系中分散性较高;木质素亲水或疏水特性不同,复合材料的制备。因此木质素可以通过逐步共聚、接枝共聚、复合共混等技术实现木质素高分子材料的制备。

根据木质素性质的不同,木质素的测定方法有光度法、直接浓酸水解分离测定法、氧化还原反应滴定法、红外光谱法等。

分离木质素的方法主要分为两类,一是木质素作为可溶性成分,过滤出植物中的其它的不溶解的部分,得到可溶解的木质素,二是木质素作为不溶解的成分,把植物中的其余部分溶解掉。但由于粗提物中存在许多杂质,因此分离和提纯是面临的最大难题。在工业方面,早先的纯化碱木质素的方法采用的试剂毒性大,价格贵,不利于普遍推广。由于造纸制浆黑液呈强碱性,根据木质素是以水溶性酚盐的形式存在,酸性条件下可使木质素析出这种特性,工业上目前普遍采用的分离提纯碱木质素的方法是酸析法,具体步骤一采用超滤或者蒸发的方法浓缩制浆黑液,然后加入酸将留在其中的木质素沉析出来;二将黑液过滤,再向滤液中加酸或同时加入一定量的絮凝剂来提取木质素,木质素收率约为82%。

木质素的官能团位置及性质对于木质素的提取方法有特殊要求,主要是由于在提取木质素时,所用试剂和方法会对木质素的结构以及官能团产生很大的影响,导致破坏掉一些官能团,降低其的活性。木质素的提取方法主要分为有机溶剂提取和化学提取两种。

液化法具有无需较高的反应温度和对原料进行预处理等显著优点,广泛用于木质素和生物质的催化转化。而酸性离子液体具有可循环使用、环保、选择性好、高效等优点,符合绿色化学的基本原则。但实验中使用的矿物酸对仪器设备的腐蚀和木质素与多相催化剂接触不充分而导致反应效率低下等是目前面临的问题,寻求环保、高选择性、高效、可循环使用的木质素液化催化剂,以及构建催化体系不仅有助于研究木质素催化机理,而且对开发利用木质素甚至生物质等可替代能源具有十分重要的现实意义。

目前国内对木质素的利用中,以不同种生物炼制木质素为原料,制备高替代率、低成本、环保型木质素基酚醛树脂,可应用于室外级人造板用酚醛树脂胶黏剂,并实现了工业化试生产;另外还可应用于阻燃型保温材料。通过正交实验,优化了可发性木质素基酚醛树脂的制备工艺。

薰衣草精油为复杂混合物,药理作用较多,应用广泛。薰衣草资源丰富,多种药理活性,应用价值前景广阔。研究表明,薰衣草精油具有抗惊厥、镇静作用,可以代替安眠药。同时具有抗脂质过氧化、利胆的作用,还具有驱风、抗胃肠气胀、抗急性腹痛的特性,对蚊虫也有很好的驱杀作用。促进细胞再生,平衡皮脂分泌,修复灼伤与晒伤,抗感染,改善各种皮肤病症状等而被用于医药行业。用于食品方面,其香味能增进食欲、增强身体健康,并有防腐的效能。另外薰衣草精油还有抑虫杀菌的作用,薰衣草精油中的主要成分芳樟醇可抑杀微生物活性,常用于果蔬保鲜。

薰衣草精油是多种芳香族化合物组成的复杂混合物,木质素的结构复杂,具有芳香族特性,其结构单元为苯丙烷型非结晶性的三维高分子网状化合物。所以研究从薰衣草中提取木质素,来探究薰衣草具有的多重功效。

4. 计划与进度安排

2022.12.29 - 2022.12.31 查阅相关文献、资料, 撰写毕业论文开题报告;

2022.1.10 - 2022.1.12拟定试验方案;

2022.1.13 - 2022.1.16准备实验材料、仪器等;

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5. 参考文献

[1] 张坤.玉米秸秆木质素提取表征及应用研究【D】长春:长春工业大学应用化学 ,2015

[2] 路瑶,魏贤勇,宗志敏,陆永超,赵炜,曹景沛.木质素的结构研究与应用【J】化学进展2013 25(5):838~858

[3] 贾会珍.小麦秸秆中木质素的提取及其降解研究【D】北京:北京理工 2015

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