麦草在TEAc—DMSO体系中的溶解性能(2)

来源:nylw.net 作者:翟姝瑾 陈健强 李小保 发表于:2014-03-25 22:32  点击:
【关健词】麦草;TEAc-DMSO体系;溶解性能
从不同的溶解条件看,TEAc-DMSO混合溶剂体系在120 ℃、盐浓度2.0 mol/L、溶解时间为24 h的条件下对麦草有较优的溶解效果。 与LiCl-DMSO体系进行比较,在相同的条件下,TEAc-DMSO体系的溶解率一般高于LiCl-DMSO体系

  从不同的溶解条件看,TEAc-DMSO混合溶剂体系在120 ℃、盐浓度2.0 mol/L、溶解时间为24 h的条件下对麦草有较优的溶解效果。
  与LiCl-DMSO体系进行比较,在相同的条件下,TEAc-DMSO体系的溶解率一般高于LiCl-DMSO体系。说明阳离子的差别对溶解麦草有较明显的影响。
  2.2 红外光谱表征及SEM观察结果
  取盐浓度为2.0 mol/L的TEAc-DMSO体系溶解所得的溶液经抽滤分离残渣后进行红外光谱分析,并与麦草原料的红外光谱图进行对比,结果如图2所示。麦草原料的红外光谱图中,1 629 cm-1是木质素中C=O的吸收峰,1 504 cm-1附近是木质素芳环骨架振动吸收峰。1 380 cm-1附近是纤维素和半纤维素中C-H弯曲振动的吸收峰,1 111 cm-1附近是C-O伸缩振动吸收峰,1 050 cm-1是纤维素C-O伸缩振动的吸收峰。麦草在TEAc-DMSO溶解,1 670 cm-1是木质素环共轭酮中C=O基伸缩振动吸收峰,1 500 cm-1是木质素芳环骨架振动吸收峰,1 438 cm-1是木质素中甲氧基变形振动吸收峰,1 311 cm-1是纤维素中-CH2的摇摆振动吸收峰,1 063 cm-1是纤维素环中C-O的伸缩振动吸收峰,1 027 cm-1是半纤维素和纤维素环中C-O和C-C的伸缩振动吸收峰[15-17]。溶液中的组分谱带与麦草原料的谱带基本相同,说明木质素和纤维素等组分已经溶入TEAc-DMSO的混合溶剂中。从SEM图(图3)也可以看出,麦草在TEAc-DMSO体系溶解24 h后,其残渣呈现完全解体的纤维结构,细胞结构已经完全瓦解,而在LiCl-DMSO体系中,麦草残渣的细胞结构虽然被破坏,但并没有完全瓦解。
  3 结论与讨论
  试验结果表明,在TEAc-DMSO体系中,温度为120 ℃、盐浓度2.0 mol/L、溶解时间为24 h时,麦草秸秆的溶解效果最好。与LiCl-DMSO体系进行比较,在相同的条件下,麦草在TEAc-DMSO体系的溶解率普遍高于LiCl-DMSO体系。阳离子不同可能是造成TEAc-DMSO与LiCl-DMSO体系对麦草溶解性差别的原因。
  氯盐-DMSO体系中,DMSO既是木质素的溶剂也作为纤维素的润胀剂[18]。DMSO中的硫氧双键可以与纤维素的羟基形成氢键,从而替代了部分纤维素分子间的氢键,减小了纤维素分子间的内聚力,导致纤维润胀。因氯盐不同,体系对木质纤维的溶解能力存在差异。
  研究发现,在相同溶解条件下,TEAc-DMSO体系中麦草的溶解率都高于LiCl-DMSO体系。溶解时间对这两个体系的影响有比较类似的变化规律。随着溶解时间的延长,溶解率都会有所下降,可能是溶液中未溶解的木质纤维对溶解率的影响所致。麦草在TEAc-DMSO中溶解24 h时的溶解率为18.60%,高于在LiCl-DMSO中溶解20 h时的溶解率(16.55%)。
  从溶解温度来看,在低于120 ℃时,温度对TEAc-DMSO体系和LiCl-DMSO体系麦草溶解率的影响都不大;当温度高于120 ℃时,温度对麦草在TEAc-DMSO体系中的溶解率的影响大于LiCl-DMSO体系。在TEAc-DMSO体系中,当温度高于120 ℃时,可能造成麦草的化学组分分解。
  从不同盐浓度对麦草溶解率的影响看,随着盐浓度的提高,在这两个体系中麦草的溶解率都随之上升,当盐浓度为2.0 mol/L时,麦草在两个体系中的溶解率都达到最大值。在TEAc-DMSO体系中,麦草的最大溶解率明显高于在LiCl-DMSO体系中的最大溶解率。

     在相同盐浓度下,两体系溶解率有差异的原因可能是由于不同阳离子的作用存在差异。LiCl-DMSO体系与TEAc-DMAc体系溶解纤维素的机理类似[19],LiCl-DMSO体系中,Li+可能与DMSO发生作用从而释放出自由的Cl-,Cl-作为氢键质子受体破坏纤维素结晶区的氢键网络,有利于(DMSOLi)+离子对纤维素分子起溶剂化作用,使纤维素分子链分离而溶解。而在TEAc-DMSO体系中,一方面,TEA+具有烷基链,可以与纤维素链结合,导致TEA+与纤维素羟基的氧原子发生作用,从而破坏纤维素的氢键结构[14];另一方面,TEA+作为大体积的阳离子基团,具有类似离子液体阳离子基团的性质,增强了Cl-的活性[8],使自由的Cl-可以更有效地破坏纤维素的氢键结构,有助于麦草在DMSO中溶解。
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