摘要
面对化石燃料能源濒临枯竭的现状，开发绿色环保的可再生能源变得尤为重要，而储量丰富的木质纤维素生物质资源是有望替代化石燃料的新一代绿色能源。但木质纤维素复杂的结构阻碍其组分的高效利用，因此使用合理的方法对木质纤维素进行处理，对木质纤维素资源高值转化利用有重要意义。蔗渣作为一种优质的木质纤维素生物质资源，是制糖工业的主要副产物。本论文基于蔗渣资源高效利用的目的，使用绿色环保的低共熔溶剂（Deep eutectic solvent，DES）体系，建立高效的蔗渣组分分离路线，探究三元低共熔溶剂（Ternary deep eutectic solvent，TDES）预处理蔗渣的组分溶出规律，并利用预处理后固体残渣和溶出木质素进行制备具有紫外屏蔽效果的高强度生物质膜。本文主要的研究结果如下： （1）通过氯化胆碱（Choline chloride，ChCl)与无水草酸（Anhydrous oxalic acid，OA）、草酸二水合物（Oxalic acid dihydrate，OAd）和乳酸（Lactic acid，LA）等6种氢键供体合成双元DES，再添加酸类、醇类和去离子水三类物质合成TDES。分析了不同体系TDES的粘度大小和预处理蔗渣组分溶出的效果。结果表明，室温为液体的TDES有20种，所有体系粘度在高于80℃时均下降至100mPa·s以下。除乳酸类TDES之外，其余体系蔗渣组分溶出效果均提升，其中效果最佳的是氯化胆碱/无水草酸/丙二酸（ChCl-OA-MA，39.1%）、氯化胆碱/无水草酸/甘油（ChCl-OA-G，37.9%）和氯化胆碱/草酸二水合物/甘油（ChCl-OAd-G，38.55%）三种。 （2）通过红外、X射线衍射分析、扫描电镜和热重等表征探讨了6种无水草酸类TDES在低温预处理条件下（90℃，4h）对蔗渣纤维素和木质素结构的影响。结果表明6种TDES有效提高蔗渣半纤维素脱除率，均高于63.48%；其中添加丙二酸合成的ChCl-OA-MA具有最高的木质素和半纤维素脱除率，分别为71.64%和75.82%；但添加去离子水合成的TDES的木质素脱除效果反而下降。预处理主要破坏木质素分子结构中G型单元的β-O-4''连接键，与蔗渣的磨木木质素（MWL）的β-O-4''连接键的含量46.22/100Ar和1.68的S/G比相比，6种再生木质素的β-O-4''连接键的含量降至6.92-28.76/100Ar，S/G比提高至1.69-1.92。 （3）通过正交试验和单因素实验确定最佳木质素脱除效率的体系和预处理条件，利用红外、X射线衍射分析、扫描电镜和热重等表征分析TDES体系高效分离蔗渣组分的规律。结果表明，在110℃条件下使用ChCl-OAd-G预处理蔗渣6h，木质素脱除率为80.65%，半纤维素脱除率为80.78%。预处理过程中主要破坏木质素分子G型结构单元中β-O-4''连接键，导致其含量下降至2.66/100Ar，S/G比提高至2.10。 （4）将TDES预处理后固体残渣与溶出木质素使用安全无毒的物理方法重新复合，制备出具有紫外屏蔽效果的高强度生物质膜，通过原子力显微镜，扫描电镜和热重等表征。结果表明，添加木质素后纳米纤维素膜（Lignin-containing Cellulose Nanopaper，LCNP）的机械性能显著提升，与未添加木质素的膜（LCNP-0%为76.61MPa）相比，拉伸强度最高为LCNP-100%的144.73MPa，力学性能提高一倍；材料的疏水性得到改善，LCNP-0%的水接触角为52.15°，LCNP-100%的水接触角提升至90.14°，水中浸泡24h后力学性能仍达到77.10MPa；6种LCNP的紫外屏蔽效率均在80%以上，其中LCNP-100%的紫外屏蔽效率达到99.69%，可见光透过率为65.46%。
NETL