半纖維素論文

1、半纖維素材料制備、表征及材料化的應(yīng)用摘要： 隨著石油煤炭的日漸枯竭和環(huán)境的日益惡化，全球面臨著經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的壓力。生物質(zhì)是地球上最重要、最廣泛的可再生資源，生物質(zhì)資源儼然成為了國家和地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，以農(nóng)作物秸稈（半纖維素）為代表的一類原料成為大家研究和開發(fā)的熱點。本實驗通過絕干玉米芯和菜籽稈粉狀物與堿溶液kOH（80g/L）進(jìn)行提取，提取時間為2h，收集溫度75度。收集上清液后用乙酸-乙醇進(jìn)行沉淀得到半纖維素沉淀物。沉淀物經(jīng)大量的乙醇-水清洗得到純凈半纖維素然后進(jìn)行半纖維素XRD、紅外、GPC表征。通過表征現(xiàn)象可分析出半纖維素的基團(tuán)、包含的單糖以及單糖的含量。半纖維素材料化應(yīng)用

2、是通過傳統(tǒng)凝膠方法在試管中與水和乙醇等溶劑在高溫下進(jìn)行物理作用形成溫度敏感水凝膠。關(guān)鍵詞:半纖維素、表征、水凝膠Abstrzact：As oil coal draining and worsening environment, the world faces the dual pressure of economic sustainabledevelopment and environmental protection. Biomass resources has become the important strategic resources for the sustainable deve

3、lopment of countries and regions, with crop stalks (hemicellulose) as the representative of the raw material become the hotspot of research and development。 Key words：hemicellulose、Characterization、Hydrogel第一章 前言1.1半纖維素的背景研究近年來，由于環(huán)境污染、石化資源的枯竭問題，全世界已經(jīng)面臨著保護(hù)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的雙重壓力。生物質(zhì)資源是世界上豐富的可再生資源，也是人類生存和發(fā)展的物

4、質(zhì)保障。生物質(zhì)是指水、空氣土地和植物通過光合作用而產(chǎn)生的各種各樣有機體，即所有可以生長有生命的有機物質(zhì)統(tǒng)稱為生物質(zhì)。廣義定義：所有的植物、微生物以及植物、微生物為食物的動植物及其生產(chǎn)的廢棄物。農(nóng)作物、農(nóng)作物廢棄物、木材廢棄物以及動物的糞便等等。狹義定義：主要說的是除了果實和糧食以外的樹木、秸稈木質(zhì)纖維素以及畜牧業(yè)中禽畜糞便和廢棄物等物質(zhì)。生物質(zhì)的優(yōu)點是：較低污染性、再生性以及廣泛的分布性。農(nóng)林廢棄生物質(zhì)中主要組分是半纖維素、木質(zhì)素、纖維素，生物質(zhì)中三者的含量占總量的90%以上。據(jù)科學(xué)統(tǒng)計農(nóng)林廢棄物每年產(chǎn)量就有15億噸，其中秸稈的年產(chǎn)量就為7億噸，其中包括2.3億噸稻草、1.2億噸小麥秸稈、4.

5、2億噸其他類秸稈。但是以上的資源均未得到合理利用，其中包括直接焚燒，造成環(huán)境污染的同時更嚴(yán)重增加了PM2.5的排放。充分有效合理的利用生物質(zhì)資源尤其是農(nóng)林廢棄物資源已經(jīng)成為解決全世界環(huán)境與資源壓力的迫切問題。1.1.1半纖維素的定義與結(jié)構(gòu)特性半纖維素是由不同類型的幾種單糖構(gòu)成的異質(zhì)多聚體，這些糖是五碳糖和六碳糖，其中包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等。植物細(xì)胞壁中的木素與纖維素是通過聚糖混合物作為介質(zhì)緊密貫穿在一起的，而這種聚糖被稱為半纖維素，主要分布在纖維細(xì)胞的的次生壁。植物細(xì)胞壁中的半纖維素與纖維素有很大的不同，半纖維素是非均一聚糖，是由不同的單糖基通過不同方式連接形成各不相同結(jié)構(gòu)的聚糖。糖單元

6、其中包括L-阿拉伯糖、D-葡萄糖、D-木糖、D-半乳糖等。由于結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，很受得到充分的利用，造成很大的浪費。半纖維素是標(biāo)準(zhǔn)的無定形區(qū)結(jié)構(gòu)且聚合度較低一般為150-200，易吸水膨脹。容易發(fā)生酸性溶解、堿性降解、氧化降解等。分離得到的半纖維素溶解度一般比天然狀態(tài)的半纖維素要高的多。準(zhǔn)確的說，植物中得到的半纖維素，主要以木聚糖為主鏈，重復(fù)單元上糖苷鍵及兩個反應(yīng)活性較高的羥基為半纖維素的化學(xué)改性提供了可能的途徑，例如半纖維素的醚化、酯化改性等。到目前為止半纖維素的研究，如分離、改性受到國內(nèi)外學(xué)者的密切青睞。本實驗主要通過堿 處理方法從菜籽稈和玉米芯中提取半纖維素。1.1.2半纖維素的分布與分類半

7、纖維素廣泛存在植物中，喬本科草類和闊葉材含有15%-35%的半纖維素，針葉材植物中包含15%-20%的半纖維素，但是由于植物種屬、早晚材、成熟程度、細(xì)胞形態(tài)學(xué)部位的不同其分布有很大的差異。例如針葉材植物中主要半纖維素類型是聚半乳糖葡萄甘露糖類，而闊葉材植物中半纖維素的類型卻是聚木糖類。半纖維素是生物質(zhì)組成之一，存在所有的植物細(xì)胞壁中，其含量占植物中30%左右。據(jù)有關(guān)資料表明每年植物本身制造的半纖維素有35億噸以上，是地球上最廉價，最豐富的可再生之源之一。半纖維素一般情況下分為三類，即聚木糖類、聚半乳糖葡萄甘露糖類以及聚葡萄甘露糖類。聚木糖類：以1,4-D吡喃型木糖構(gòu)成主鏈，以4氧甲基吡喃型葡萄

8、糖醛酸為支鏈的多糖, 結(jié)構(gòu)分子式如下：分子式中X為-D-吡喃型木糖基；(H3CO)4GA為4-氧甲基-吡喃型葡萄糖醛酸基。聚葡萄甘露糖類：分子式是由吡喃型甘露糖基和D吡喃型葡萄糖基以1,4-型連接成主鏈的，然而另一種聚半乳糖葡萄甘露糖類則往往不同于聚葡萄甘露糖類，不同之處在于還有 D吡喃型半乳糖基作為支鏈的形式以1,6-型連接到此主鏈上的若干D-吡喃型甘露糖基和D吡喃型葡萄糖基上形成的，兩種糖類分子式如圖所示： 1.2半纖維素的提取半纖維素來源的途徑主要是從木質(zhì)纖維類材料中分離得到制備半纖維素的方法有很多種，例如高溫液態(tài)水、烯酸、堿液提取等等這三種提取方法有利有弊，例如烯酸、高溫液態(tài)水提取方法

9、成本很低，而且對纖維素結(jié)構(gòu)的破壞較小，由于這種優(yōu)點因此成為學(xué)者研究較多的提取方法，但是高溫液態(tài)水、烯酸提取反應(yīng)溫度條件很高，得到的半纖維素水解后的產(chǎn)物大部分是寡糖，不利于進(jìn)一步的研究。堿性提取的纖維素聚合度很高，有利于進(jìn)一步的對半纖維素的改性，并且利用堿法提取半纖維素所需要的成本不高。1.2.1高溫液態(tài)水提取半纖維素?zé)崴崛“肜w維素的方法一共有兩種，即高溫水蒸汽法和微波輻射法。實質(zhì)是烯酸提取法的演繹，即在高壓下水依舊可以維持它原有的液態(tài)，由于溫度的不斷升高水的介電常數(shù)會增大，在200左右時，位于半纖維素上的乙?；〈锷闪艘宜岬纫恍┯袡C酸，正是由于乙酸等有機酸的作用下使水在高溫高壓下可以很輕

10、松的穿透生物質(zhì)的細(xì)胞壁、水和纖維素組織。Alexandra1等人從大麥外殼用抽提水溶液的方法研究半纖維素，經(jīng)長期的研究表明，前面兩種抽提方法相比較而言，水蒸氣抽提方法的優(yōu)點更明顯，原因在于水蒸氣抽屜的工藝條件相對溫和，減少了對化學(xué)品的依賴，進(jìn)而減少了對環(huán)境的破壞，最重要的是抽提過程中減少了對半纖維素結(jié)構(gòu)的破壞，從而保障了半纖維素接下來的更多研究和用途，例如化學(xué)改性過程增加了半纖維素的疏水性。Alexandra2等人把上面的兩種方法結(jié)合起來，即在微波輻射條件下用高溫水蒸氣提取半纖維素，經(jīng)過長期的研究表明提高溫度的同時往往會提高半纖維素的提取率，但是有個很大的缺點，即多聚糖的分子量會變小，半纖維素

11、破壞程度明顯上升。1.2.2弱堿或者弱酸提取半纖維素根據(jù)半纖維素的性質(zhì)可知在酸性條件下半纖維素很容易發(fā)生降解，如果在實驗條件下即控制好反應(yīng)溫度、時間、濃度，又保證整個實驗過程都處于弱酸的條件下，不僅大多數(shù)的半纖維素可以被提取出來，而且纖維素對其干擾性也很小，這樣對半纖維素以后的改性創(chuàng)造了有力的條件。Charles3等人在溫和的溫度下把濃硫酸稀釋成0.5%-1.0%后和玉米芯同時放在玻璃器皿中進(jìn)行提取并回收多大數(shù)的半纖維素，在整個實驗反應(yīng)的過程中采用氨水和Ca（OH）共同控制處理液PH，整個實驗的預(yù)處理效果將更好，也使得預(yù)處理效果更加溫和。和前面提到的高溫液態(tài)水進(jìn)行比較的話，烯酸預(yù)處理提高了半纖

12、維素的得率，但是在預(yù)處理過程中成本會有所增加。草邦威4等在制漿造紙模式模式轉(zhuǎn)換中得出：實驗過程中溫度設(shè)定在100用堿溶液從木片中把半纖維素提取出來，形成了包含木素的聚合半纖維素溶液。用此方法除了能得到制作新生物產(chǎn)品的原料外，還可以適當(dāng)加快脫去木素的速率、降低黑夜負(fù)荷。這種作用對紙漿的得率尤為重要。從木材中得到的半纖維素的用途主要是提供了乙醇的生產(chǎn)、糖基聚合物的原料。1.2.3高溫反應(yīng)釜預(yù)提取半纖維素 從植物纖維中提取半纖維素的步驟如下：將植物纖維、堿、水完全混合好后放入帶有加熱系統(tǒng)和攪拌裝置的反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜中的溫度設(shè)置為80左右，同時攪拌速率保持在300rpm-2000rpm條件下，反應(yīng)的時

13、間在10分鐘左右。待反應(yīng)結(jié)束后利用常規(guī)的離心的方法得到上清液，即為半纖維素的提取液。將先前配好的80%-95%的乙醇緩緩導(dǎo)入半纖維素的提取液中，倒入的量是上清液的2-3倍，使半纖維素沉淀在燒杯的底部，待常規(guī)過濾后，收集產(chǎn)物半纖維素并進(jìn)行干燥。本實驗方法和高溫液態(tài)水法有很大的區(qū)別，即反應(yīng)釜的反應(yīng)物濃度要求較高，提取過程中不要求使用大量的水，明顯節(jié)約了時間并且降低了勞動成本。1.3半纖維素的改性雖然半纖維素廣泛分布在植物中，但是因為結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性限制了它在工業(yè)上的應(yīng)用。例如，絕大多數(shù)的半纖維素都有很強的氫鍵，因此半纖維素是不溶于水的；半纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，它的復(fù)雜性在于分枝以及不同類型的官能團(tuán)（

14、乙?；⒓籽趸龋?，它的這些性質(zhì)必然限制它們的利用。為了克服半纖維素這種劣勢，需要對它就行適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)改性，可以使其得到廣泛的應(yīng)用。目前絕大多數(shù)的方法是對其進(jìn)行官能團(tuán)的衍生化，根據(jù)取代基與半纖維素成鍵方式的不同，衍生化方法又可以分為氧化、醚化、酯化等。取代度是半纖維素改性的一個重要指標(biāo)，所謂的取代度就是糖單元上被取代基團(tuán)的平均數(shù)目，取代度越大，那么被改性的半纖維素則越多，即就有更多的取代基團(tuán)接枝到半纖維素上。半纖維素的改性使半纖維素不為人知的功能最大限度挖掘出來，使其成為一種天然可降解的聚合物提供了很大的空間。1.3.1半纖維素的醚化半纖維素結(jié)構(gòu)上的羥基可以與烷基化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物是半

15、纖維素素醚。醚化反應(yīng)根據(jù)不同的醚化產(chǎn)品使用不同的醚化試劑，如烯類單體、鹵代物、環(huán)氧化合物等。近年來人民研究的重點在于羧甲基半纖維素的合成。將半纖維素羧甲基化即可得到改性后的羧甲基半纖維素。制備方法是：在堿性乙醇溶液中加入半纖維素使其處于懸浮狀態(tài)，加入 醚化劑，等反應(yīng)完全結(jié)束后，過濾出產(chǎn)物，然后用乙醇反復(fù)的清洗目的是洗除氯離子。全金英等5主要研究從麥草堿制漿黑夜中提取的變性半纖維素，然后進(jìn)行羧甲基化反應(yīng)制備羧甲基變性半纖維素。此實驗主要通過一氯醋酸和氫氧化鈉共同控制產(chǎn)物的取代度。一氯醋酸的用量一般為10mol/mol糖基，NaOH的用量一般是前者的兩倍（摩爾）。經(jīng)過很多藥理驗證，羧甲基半纖維素在

16、制藥行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。1.3.2半纖維素的酯化在眾多半纖維素酯化反應(yīng)中，最常見的是半纖維素的乙酰化 。乙?；攘u基更加具有疏水的性能，因此半纖維素乙?；母男允且环N改善聚合物疏水性能較好的方法。采用乙酰酐對半纖維素進(jìn)行乙?；磻?yīng)，進(jìn)而增強半纖維素的抗水性能。這種抗水性的增加能夠提高酯化半纖維素在塑料生產(chǎn)中的巨大潛力，特別適用于食品工業(yè)中的的生物降解塑料和環(huán)境降解樹脂、涂料等。通常情況下該類反應(yīng)在均相、多相介質(zhì)中完成的，往往生成不同取代度的產(chǎn)物。許鳳等比較了來自小麥糠和橡樹木屑的半纖維素，發(fā)現(xiàn)在沒有溶劑的情況下，純的半纖維素的反應(yīng)活性很大，更容易得到水解，最終得到酯化的低聚糖和高取代物的聚合

17、物，酯化后的半纖維素往往是水解性的。再無溶劑的條件下，小麥糠和木屑中的半纖維素質(zhì)量增加很小，但是當(dāng)吡啶做溶劑的情況下，木屑和小麥糠中的半纖維素的質(zhì)量大大增加。兩者比較而言可以得出在吡啶中進(jìn)行半纖維素酯化反應(yīng)效率是高效的。但是吡啶的使用過程中是有毒性的，實驗結(jié)束后需要洗滌抽提吡啶鹽，從而增加了反應(yīng)的成本。目前的大部分半纖維素的改性是在異相介質(zhì)中進(jìn)行的，由于未對半纖維素預(yù)活化處理，因此改性反應(yīng)的產(chǎn)率低、成本高、嚴(yán)重限制了工業(yè)上的應(yīng)用。孫潤倉6等一直研究半纖維素的分離及其化學(xué)改性的問題，特別是對半纖維素酯化的研究具有很深的見解。首次提出將溴丁二酰亞胺作為半纖維素酯化的催化劑，從而代替了價格昂貴的傳統(tǒng)

18、催化劑二甲胺基，為半纖維素化學(xué)改性制備新產(chǎn)品奠定了理論基礎(chǔ)。1.4半纖維素的應(yīng)用 隨著半纖維素提取和改性的技術(shù)方法不斷進(jìn)步，這使半纖維素在造紙、涂料、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中有很大的潛在價值。例如，麥草中的半纖維素經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，天然半纖維素膠乳具有良好的制造涂料的功能，可以用來制作裝飾涂料。在食品上的推廣主要是改性后的半纖維素可以作為表面活性劑，在洗滌和制作肥皂上有很好的應(yīng)用。在食品工業(yè)上，半纖維素的作用比較多：食品穩(wěn)定劑、水凝膠、薄膜形成濟(jì)等。如改性后的半纖維素在面包的生產(chǎn)過程中即可以增加面包的體積也可以增加面包的吸水量，進(jìn)而提高面包的質(zhì)量。谷物中阿拉伯糖木聚糖能夠抑制細(xì)胞之間冰的形成，該功能可以用于

19、冷凍食品。谷物中的半纖維素可作為發(fā)酵原料，用于生產(chǎn)丙酮、乙醇、木糖醇等。本論文研究的重點是半纖維素水凝膠的應(yīng)用。天然高分子制備的水凝膠具備很大優(yōu)勢，尤其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注。本文后半部分對半纖維素基水凝膠進(jìn)行了綜述，對水凝膠的制備方案和應(yīng)用的前景做了歸納，最后提出了半纖維素基水凝膠在實際研究中所存在的具體問題及其未來發(fā)展的方向。第二章 實驗部分2.1實驗藥品及儀器名稱英文/縮寫級別及規(guī)格產(chǎn)地玉米芯Corncobs1袋（500g）貴州省翁安縣珠藏農(nóng)村菜籽稈Rapeseed dregs1袋（500g）貴州省翁安縣珠藏農(nóng)村氫氧化鉀NaOH82%國藥集團(tuán)試劑有限公司無水乙醇CH3CH2OH分析純國藥

20、集團(tuán)試劑有限公司冰醋酸（乙酸）CH3COOH分析純重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司硫酸H2SO4分析純重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司葡萄糖Glucose1盒阿拉丁半乳糖Galactose1盒阿拉丁纖維二糖Cellose1盒阿拉丁阿拉伯糖Arabians1盒阿拉丁木糖Xylose1盒阿拉丁儀器名稱生產(chǎn)廠家DGG9076電熱鼓風(fēng)干燥箱上海一恒科學(xué)儀器有限公司EL104電子天平梅特勒托利多儀器（上海）有限公司W(wǎng)K500B小型高速粉碎機四川科百瑞儀器有限公司HH系列XMTE200數(shù)顯電子恒溫水浴鍋上海江星儀器有限公司ZWY110X50水浴搖床上海智城分析儀器制作有限公司GPC高效液相色譜儀XRDX射線衍射分

21、析儀日本湘儀TDZ5WS臺式低速離心機長沙湘儀離心機儀器有限公司粒徑標(biāo)準(zhǔn)檢驗篩浙江上虞市肖金篩具廠燒杯、 錐形瓶、 容量瓶四川蜀牛玻璃儀器有限公司耐壓螺口瓶、抽濾瓶四川蜀牛玻璃儀器有限公司量筒、離心管、移液管四川蜀牛玻璃儀器有限公司2.2半纖維素的提取2.2.1 稀堿法從菜籽稈和玉米心中提取半纖維素1.將成塊的玉米芯和菜籽稈進(jìn)行洗滌，目的是去除實驗過程中雜質(zhì)的干擾。把烘箱打開，溫度設(shè)定為100，洗滌后的物品放入烘箱進(jìn)行干燥，干燥時間為10小時左右。干燥結(jié)束后放在粉碎機中進(jìn)行粉碎（約為120目），將粉狀玉米芯和菜籽稈再放入烘箱中進(jìn)行干燥。2.稱量玉米芯和菜籽稈各15g裝入之前準(zhǔn)備好的的蜀牛廣口瓶

22、中，提取液為80g/L的KOH的溶液，在剛開始的探究性試驗中，固液比保持在4:1。把廣口瓶放在水浴搖床中，溫度設(shè)為85，轉(zhuǎn)速為120rpm，提取時間為120分鐘。3.兩小時后收取提取液，提取液用4倍體積的乙醇-乙酸混合物（體積為9：1）進(jìn)行沉淀處理，得到沉淀混合物。4.把上面的沉淀物用真空抽濾泵進(jìn)行抽堤得到沉淀物，在抽堤過程中不斷用乙醇-水（體積為9：1）進(jìn)行洗滌四次，每次體積為100ml，經(jīng)三次離心沉淀后得到灰白色粉末狀半纖維素。5.把半纖維素放在干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥大約4小時，知道半纖維素的質(zhì)量不在變化。然后進(jìn)行稱重，根據(jù)原料的原始質(zhì)量計算產(chǎn)率。產(chǎn)率如下：原料（g）初重（g） 產(chǎn)重（g)

23、 產(chǎn)率（%） 玉米芯150.1349 0.89菜籽稈150.9000 62.2.2半纖維素的預(yù)處理1.把半纖維素放在烘箱中進(jìn)行干燥，時間為2小時，準(zhǔn)確稱量絕干的半纖維素A（玉米芯）和B（菜籽稈）300mg2.用98%的濃硫酸準(zhǔn)確的配置72%W/W的硫酸（密度為1.6338）100ml，即： 0.72*100*1.6338=0.98*V*1.84；V=34.77ml，共需要34.77的濃硫酸。3.把稱好的半纖維素A和B放入耐壓試管中，隨后加入72%W/W的硫酸3ml，吧耐壓試管封閉好放在水浴鍋中（30）下反應(yīng)60分鐘，每隔5-10分鐘用細(xì)小的銅絲攪拌一次，待反應(yīng)結(jié)束后，迅速轉(zhuǎn)移至100ml耐壓螺

24、口瓶中，加入84ml的蒸餾水，此時濃硫酸的濃度被稀釋為4%2.2.3調(diào)節(jié)并安裝高壓滅菌鍋1.加水：所加水位必須至滅菌鍋擱腳處。2.堆放：必須讓待消毒物品相互之間必須留有空隙，提高滅菌效果。3.密封：用力均勻地將相對方位蝶形螺母旋緊。4.加熱：滅菌鍋加熱到121，當(dāng)溫度小于102時，電磁閥將自動放汽，排除冷空氣，溫度大于102時，自動放棄結(jié)束。5.滅菌：溫度不可以大于126，滅菌結(jié)束后必須先將電源切斷，停止加熱。6.降溫：等到滅菌鍋內(nèi)在溫度降到75后方可打開安全閥，等到內(nèi)在溫度降到40便可以打開蓋子，在打開蓋子之前必須保證滅菌鍋的內(nèi)在壓力等于外界大氣壓，避免不必要的傷害。2.3半纖維素的表征2.

25、3.1紅外光譜的測定1.嚴(yán)格清洗瑪瑙碾具，用清水洗凈，碾磨被測物品（半纖維素）和溴化鉀混合物，按1:100碾磨成粉末狀.2.把混合物放到壓模器上，壓模器必須用酒精或者丙酮洗去油跡，再用清水洗凈。3.將整個壓模器放在液壓機上面，將壓力壓到80P，并停留1分鐘，打開油壓開關(guān)，取出壓模器，從下套上退取環(huán)。4.將壓好的薄膜片放到磁性樣品架，等待測試，25秒后得到玉米芯和菜籽稈半纖維素的紅外光譜。其光譜圖如下：波數(shù)(cm-1) 官能團(tuán)化合物632511 CC伸縮振動糖環(huán)900 C1H彎曲振動D木糖 1045 CO收縮振動羰基1415CH彎曲振動烷基1620 結(jié)合水2983 CH伸縮振動烷基“”表示未檢測

26、出未的基團(tuán)2.3.2高效液相色譜儀（GPC）2.3.2.1流動相的配置1.先配置1M的硫酸（aq）500ml。98%*m=1mol/L*0.5L*98，m=50g，即需要98%的濃硫酸50g，然后用大燒杯稀釋濃硫酸，等冷卻好后導(dǎo)入500ml的容量瓶中，定容后貼上標(biāo)簽。2.把上面的1M的硫酸稀釋到0.005M（2000ml），即：1*98*V=0.005*98*200。所以V=10ml。取1M硫酸10ml倒入2000ml的容量瓶中進(jìn)行定容。隨后進(jìn)行過膜，過膜結(jié)束后放在之前準(zhǔn)備的桶中，即為高效液相色譜儀的流動相。2.3.2.2 GPC操作基本流程1.進(jìn)入系統(tǒng)：開機后進(jìn)入Breeze2軟件，單擊“控

27、制面板”。2.穩(wěn)定基線：開泵，設(shè)流速為0.2ml/min單擊基線穩(wěn)定，此過程應(yīng)保持在1小時左右，等到基線跑平時方可進(jìn)行下一步操作。3.沖洗樣品池：檢驗器上單擊“shift+purge”沖洗半小時。4.優(yōu)化LED：再次單擊“shift+purge”關(guān)閉沖洗，關(guān)閉平衡系統(tǒng)，再單擊”Configure Diag“選擇”O(jiān)ptimize LED“Enter進(jìn)入，再單擊Enter進(jìn)入優(yōu)化，直到Energy處于1617之間，按Home鍵返回。2.3.2.3單糖標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制1.準(zhǔn)確配置4mg/ml、3mg/ml、2mg/ml、1mg/ml、0.5mg/ml的阿拉伯糖、葡萄糖、木糖、纖維二糖、甘露糖，放到小型

28、過口瓶中，貼上標(biāo)簽，待做標(biāo)準(zhǔn)曲線。2.進(jìn)樣之前，進(jìn)樣口必須是load狀態(tài)，確定后單擊進(jìn)樣。3.輸入樣品的濃度與名稱后，單擊進(jìn)樣按鈕后用注射器把待測樣品，然后把進(jìn)樣口打到Inject的狀態(tài)，等待樣品檢測。以下是各種單糖的保留時間、峰面積以及標(biāo)準(zhǔn)曲線。名稱 保留時間（秒）峰面積（微伏/秒）濃度（mg/ml）半乳糖9.1551060610.59156454030291608883234名稱保留時間（秒）峰面積（微伏/秒）濃度（mg/ml）阿拉伯糖10.0081039100.510.007165491110.009448395210.01365797

29、3310.0138707784名稱保留時間（秒）峰面積（微伏/秒）濃度（mg/ml）葡萄糖8.6131114440.58.61128423918.61144854328.61461889738.7388149624名稱保留時間（秒）峰面積（微伏/秒）濃度（mg/ml）甘露糖9.1201693870.59.12029523019.12054078529.12272485639.1209249904名稱保留時間（秒）峰面積（微伏/秒）濃度（mg/ml）木糖9.2241579960.59.22324644219.22535398129.22162919439.2278313214 2.3.2.4 G

30、PC分析半纖維素1.打開GPC儀器（電腦、泵、檢測器），首先跑基線、沖洗樣品池，大約1.5小時過后進(jìn)行半纖維素A（玉米芯）和B（菜籽稈）的檢測。2.下列為A和B在GPC儀器分析后的保留時間、峰面積。名稱保留時間（秒）峰面積（微伏/秒）對應(yīng)單糖的保留時間 單糖的濃度（mg/ml）玉米芯7.81728585未知8.614117805葡萄糖0.239.225180674木糖0.649.7511409鼠李唐10.10536461阿拉伯糖0.16名稱保留時間（秒）峰面積（微伏/秒）對應(yīng)單糖的保留時間 單糖的濃度（mg/ml）菜籽稈7.6121250未知7.8121214未知8.613214204葡萄糖0

31、.759.223202970木糖0.7610.0039224阿拉伯糖0.001“”表示未計算出其濃度3.五種單糖中半纖維素A和B只對應(yīng)3中，即木糖、葡萄糖和阿拉伯糖。這說明來自玉米芯和菜籽稈的半纖維素主要組成成分是木葡聚糖。且菜籽稈的木葡聚糖要略高于玉米芯。4.在半纖維素A（玉米芯）和B（菜籽稈）中所對應(yīng)葡萄糖、木糖、阿拉伯糖的峰面積分別為：117805、214204；180674、202970；36461；9224.5.葡萄糖、木糖、阿拉伯糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線分別是：Y=183753X+76060；Y=192400X+57386；Y=218806X+598。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線和所對應(yīng)的峰面積，即可求出三種

32、蛋湯的濃度。2.3.3 XRD分析半纖維素1.實驗條件：銅靶，輻射為0.154nm，輻射管電壓30KV，輻射管電流30MA，掃描范圍為5°-80°，描速度為4°/min。2.開冷卻水、XRD電源、啟動計算機進(jìn)入桌面Pmge系統(tǒng)。3.把半纖維素A和B碾磨好放在有空隙的金屬片上，XRD工作時嚴(yán)禁打開封閉門。以下是半纖維素A（玉米芯）和B（菜籽稈）的XRD的分析圖像：RXD analysis of bagasse hemicelluloses由圖所示是半纖維素A（玉米芯）和B（菜籽稈）的XRD圖，由于半纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成極其復(fù)雜，所以從圖中可以看出其衍射峰有寬有窄。玉

33、米芯和菜籽稈的半纖維素的圖像基本上重合在一起，說明兩種半纖維素在XRD分析下出峰的角度和峰的大小基本一致。兩種半纖維素在2=22.04°、2=43.96°、2=64.32°、2=77.40°出現(xiàn)較強的衍射峰，在2=34.36°出現(xiàn)較弱的衍射峰。從圖中峰的衍射情況還可以看出兩種半纖維素沒有發(fā)聲明顯的結(jié)晶，幾乎均為無定型的結(jié)構(gòu)，僅存在少量的微晶結(jié)構(gòu)，也進(jìn)一步說明了預(yù)提取的兩種纖維素中沒有混入纖維素，所得半纖維素的純度很高。 第三章 半纖維素的應(yīng)用水凝膠的制備3.1 水凝膠的定義和結(jié)構(gòu)特性水凝膠是一種親水但不溶于水，其結(jié)構(gòu)特點具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子

34、聚合物，簡單地說，水凝膠無外乎是高分子鏈之間以化學(xué)鍵或者物理之間的作用力而形成的交聯(lián)特性的溶脹體。水凝膠通常分為兩大類，即智能水凝膠和傳統(tǒng)水凝膠，前者對外界的環(huán)境（如溫度、離子強度、PH等）細(xì)微的變化而能做出一系列響應(yīng)的水凝膠。一般表現(xiàn)為隨外界條件的突變水凝膠的體積也會發(fā)生相應(yīng)的突變。它的親水性來自結(jié)構(gòu)中的親水基團(tuán)，如果親水性聚合物網(wǎng)絡(luò)大量的吸收水分溶脹后，水分的含量可以達(dá)到干凝膠重的幾十倍。3.1.1智能水凝膠的分類智能水凝膠受到外界刺激后，凝膠的體積會隨之發(fā)生變化，根據(jù)外界刺激信號的不同，往往把智能水凝膠分為：溫度敏感性水凝膠、PH值敏感性水凝膠和光敏感性水凝膠等。本論文主要研究的第一類水

35、凝膠，所以重點講一下溫度敏感性水凝膠3.1.1.1 溫度敏感性水凝膠顧名思義，溫度敏感性水凝膠就是隨著外界溫度的改變，水凝膠體積會隨之發(fā)生變化。它又可以分為兩大類，即熱脹性水凝膠（溫度正響應(yīng)性水凝膠，）和熱縮性水凝膠（溫度負(fù)響應(yīng)性水凝膠）。多名學(xué)者研究得出：兩種溫度敏感性水凝膠體積相互轉(zhuǎn)變的根本原因在于水凝膠體系中的兩種不同的氫鍵：分子內(nèi)的氫鍵，即高分子鏈之間的氫鍵；另一種是分之間的氫鍵，即水分子與高分子鏈上親水基團(tuán)之間的氫鍵。由于兩種類型不同的氫鍵隨外界溫度變化的作用機制有很大的不同，進(jìn)而導(dǎo)致水凝膠體積相轉(zhuǎn)變。當(dāng)外部的溫度大于最低共溶溫度時，分子內(nèi)的氫鍵起到絕對性的主導(dǎo)作用，原因在于分子間的氫鍵隨溫度的升高受到破壞，親水基團(tuán)和水分子之間的溶劑化作用大大減弱。如果溫度小于最低共溶溫度時，分子間的氫鍵起到主導(dǎo)作用。3.2 水凝膠的制備3.2.1水凝膠制備的理論原理合成水凝膠的方式一般分為兩大類，即物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)。物理交聯(lián)往往是通過分子間的作用力，