李 那，孟 仙，程秀婷，鄧 宇

(天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，天津 300457)

木質(zhì)素是植物纖維原料的主要成分之一，是植物界中儲(chǔ)量第二大的天然高分子化合物，在高等植物細(xì)胞中廣泛存在[1]。木質(zhì)素是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非結(jié)晶性的三維網(wǎng)狀酚類(lèi)高分子聚合物，在自然界中，木質(zhì)素是僅次于纖維素的第二大可再生資源，在制備可降解、可再生的高分子復(fù)合材料方面有重要的發(fā)展前景[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年可產(chǎn)生大約6×1014t木質(zhì)素[3]，但是到目前為止，木質(zhì)素的利用率很低，這就造成了極大的資源浪費(fèi)[4]和環(huán)境污染。因此，研究木質(zhì)素化學(xué)的重要意義在于有效利用這一豐富的可再生資源。

近些年來(lái)，世界各國(guó)的科學(xué)家對(duì)這一具有戰(zhàn)略意義的生物資源的有效利用給予了高度重視[5]。本文首先以堿液NaOH溶液脫除木質(zhì)素/醋酸纖維復(fù)合材料中的木質(zhì)素，然后再進(jìn)行對(duì)木質(zhì)素溶液的吸附實(shí)驗(yàn)，期望能為木質(zhì)素的分離及提取技術(shù)[6]提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)儀器、材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

JT302N電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；KDM型可調(diào)電熱套（山東省鄄城威瑞科教儀器有限公司）；DK-98-1電熱恒溫水浴鍋（天津市泰斯特儀器有限公司）；SHB-III循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司）；DH-101型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐公司）；756PC紫外分光光度計(jì)（上海光譜儀器有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

溴代-3-甲基-1-乙基咪唑離子液體（實(shí)驗(yàn)室合成）；木質(zhì)素（實(shí)驗(yàn)室提供）；醋酸纖維（自取處理）；粒狀NaOH(天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠)；95%乙醇（分析純，天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開(kāi)發(fā)有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 醋酸纖維的預(yù)處理

除去廢棄煙蒂殘留的煙絲和外包裝紙，將纖維剪成小于1 cm長(zhǎng)的片段，用自來(lái)水浸泡并蒸煮至水完全澄清，取出纖維段，于烘箱中充分干燥后備用。

1.3.2 木質(zhì)素/醋酸纖維復(fù)合材料的制備

以質(zhì)量比為1∶1的比例，稱取一定量的木質(zhì)素和醋酸纖維，分別溶解在適量（能夠保證木質(zhì)素和醋酸纖維充分溶解）的離子液體中，待溶解完全后，將分別溶有木質(zhì)素和醋酸纖維的離子液體倒入同一燒杯中，混合均勻后，加入適量的水，靜置，待沉淀完全后過(guò)濾，用少量水沖洗濾渣，將洗凈離子液體的濾渣放入烘箱中烘干，即得木質(zhì)素/醋酸纖維復(fù)合材料。濾液經(jīng)旋蒸后回收，以便重復(fù)使用，節(jié)約成本。

1.3.3 木質(zhì)素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱取一定質(zhì)量的木質(zhì)素，溶解在40mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的NaOH溶液中。因?yàn)槟举|(zhì)素在紫外波長(zhǎng)范圍內(nèi)有吸收峰，取0.5mL溶液，稀釋100倍，進(jìn)行波譜掃描后確定樣液在波長(zhǎng)281 nm處有吸收峰，與木質(zhì)素的最大吸收波長(zhǎng)一致。

確定木質(zhì)素的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖：稱取不同質(zhì)量的木質(zhì)素，分別溶解在40 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的NaOH溶液中，取0.5 mL溶液稀釋100倍，在0～60mg/L范圍內(nèi)測(cè)量溶液在281 nm處的吸光度（見(jiàn)表1和圖1）。

表1 不同濃度的木質(zhì)素/NaOH溶液的吸光度

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合材料脫除木質(zhì)素的單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 不同濃度的NaOH溶液對(duì)復(fù)合材料脫除木質(zhì)素的影響

實(shí)驗(yàn)條件：分別稱取0.2 g復(fù)合材料在不同濃度的NaOH溶液中溶解，控制溶解溫度40℃，溶解時(shí)間30min。溶解后過(guò)濾，取0.5mL濾液稀釋100倍后測(cè)定其在281 nm處的吸光度，考察NaOH溶液的濃度對(duì)脫除復(fù)合材料中木質(zhì)素的影響。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同濃度的NaOH溶解木質(zhì)素后濾液的吸光度值

圖1 木質(zhì)素標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

得出：y=-0.01212+0.02568x

其中，相關(guān)系數(shù)R2=0.9998，符合Lambert-Beer定律。

從圖1和表1中可以看出，木質(zhì)素的吸光度符合Lambert-Beer定律，說(shuō)明可以通過(guò)測(cè)定吸光度來(lái)確定溶液中木質(zhì)素的濃度。

1.3.4 木質(zhì)素/醋酸纖維復(fù)合材料中木質(zhì)素的溶出

稱取一定質(zhì)量的木質(zhì)素/醋酸纖維復(fù)合材料，用適量的NaOH溶液溶解后過(guò)濾，將濾渣烘干，取0.5mL濾液稀釋100倍后測(cè)其在281 nm處的吸光度，重復(fù)以上步驟，直至測(cè)得濾液的吸光度值為0，說(shuō)明復(fù)合材料中的木質(zhì)素已完全溶出。

1.3.5 脫除木質(zhì)素的醋酸纖維材料對(duì)木質(zhì)素的吸附

將脫除木質(zhì)素的復(fù)合材料對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行吸附，以此來(lái)判定其吸附性能的好壞。

由表2可以看出，濾液的吸光度值隨NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先增大后減小，當(dāng)NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)吸光度值達(dá)最大，說(shuō)明濾液中木質(zhì)素濃度最大。所以，選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH為溶解復(fù)合材料的最佳濃度。

2.1.2 溶解時(shí)間對(duì)脫除復(fù)合材料中木質(zhì)素的影響

實(shí)驗(yàn)條件：取0.2 g復(fù)合材料在適量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液中溶解，固定溶解溫度為40℃，改變?nèi)芙鈺r(shí)間，溶解完成以后，過(guò)濾，取0.5mL濾液稀釋100倍后測(cè)其在281 nm處的吸光度，考察溶解時(shí)間對(duì)復(fù)合材料脫除木質(zhì)素的影響。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同溶解時(shí)間下濾液的吸光度值

由表3中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著溶解時(shí)間的增加，濾液吸光度值先增大后減小，在30min時(shí)吸光度達(dá)到最大值，說(shuō)明此時(shí)濾液中木質(zhì)素濃度最大。所以，最佳溶解時(shí)間為30min。

2.1.3 溶解溫度對(duì)脫除復(fù)合材料中木質(zhì)素的影響

實(shí)驗(yàn)條件：取0.2 g復(fù)合材料在適量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液中溶解，固定溶解時(shí)間30min，改變?nèi)芙鉁囟?，考察溶解溫度?duì)復(fù)合材料脫除木質(zhì)素的影響。待溶解完成以后，過(guò)濾，取0.5mL濾液稀釋100倍后測(cè)其在281 nm處的吸光度。結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同溫度溶解后濾液的吸光度值

從表4中可以看出，隨著溶解溫度的增加，濾液的吸光度值先增大后減小，在40℃時(shí)吸光度值達(dá)最大，說(shuō)明濾液中木質(zhì)素濃度最大。所以，脫除木質(zhì)素過(guò)程中最佳溶解溫度為40℃。

2.2 脫除木質(zhì)素的醋酸纖維材料對(duì)木質(zhì)素的吸附

2.2.1 攪拌吸附和靜置吸附

取2 g木質(zhì)素/醋酸纖維復(fù)合材料，在120 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液中溶解，過(guò)濾，將濾渣烘干，待用。取0.5mL濾液稀釋100倍后測(cè)其在281 nm處的吸光度，測(cè)得吸光度值為1.632。烘干的濾渣稱量后為0.78 g，分別取0.2 g濾渣，40mL濾液，將濾渣放入濾液中吸附木質(zhì)素，一組不斷攪拌吸附，一組靜置吸附，吸附時(shí)間均為30min。吸附完成后過(guò)濾，濾液待用，取0.5 mL醋酸纖維材料吸附后的濾液稀釋100倍后測(cè)其在281 nm處的吸光度。結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 攪拌吸附和靜置吸附下濾液的吸光度值

從表5中可以看出，攪拌吸附下的吸光度值比靜置吸附下的吸光度值小，說(shuō)明攪拌有利于脫除木質(zhì)素的醋酸纖維材料吸附木質(zhì)素。

2.2.2 對(duì)堿木質(zhì)素溶液的吸附

取一定量的木質(zhì)素/醋酸纖維復(fù)合材料在質(zhì)量濃度為5%的NaOH中使木質(zhì)素充分溶出，過(guò)濾，將濾餅干燥后平均分為2份，濾液作為堿木質(zhì)素溶液待用；稱取1 g木質(zhì)素，用40mL 95%的乙醇溶解40min后過(guò)濾，濾液作為乙醇木質(zhì)素溶液待用。

2.2.2.1 吸附堿木質(zhì)素溶液

實(shí)驗(yàn)條件：取0.5mL堿木質(zhì)素溶液稀釋100倍后測(cè)其吸光度，用第1份濾餅吸附、過(guò)濾，取0.5 mL吸附后的濾液稀釋100倍后測(cè)吸光度。結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 吸附堿木質(zhì)素溶液前后的吸光度

2.2.2.2 吸附乙醇木質(zhì)素溶液

實(shí)驗(yàn)條件：吸取0.5mL乙醇木質(zhì)素溶液，稀釋100倍，測(cè)吸附前吸光度值。用第2份濾餅吸附乙醇木質(zhì)素溶液，過(guò)濾，取0.5mL溶液稀釋100倍后，測(cè)吸附后溶液吸光度值。

表7 吸附乙醇木質(zhì)素溶液前后的吸光度

由表6和表7可知，醋酸纖維材料對(duì)堿木質(zhì)素的吸附比對(duì)乙醇木質(zhì)素的吸附效果好，對(duì)堿木質(zhì)素的吸附達(dá)到64.51%。

3 結(jié)論

木質(zhì)素醋酸纖維材料的脫木質(zhì)素的較佳條件為：NaOH濃度為5%，溶解溫度為40℃，溶解時(shí)間為30min。脫木質(zhì)素的醋酸纖維材料對(duì)木質(zhì)素溶液有一定的吸附作用，可用來(lái)做木質(zhì)素的吸附材料。

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