第二节木素的分离与精制

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5-2 木素的分离与精制,1,主要内容,一、天然木素的提取,二、从浆中分离木素,三、从制浆废液中提取木素,四、木素-碳水化合物复合体的分离,2,木素分离应,遵循的原则,分离过程中不能改变木素的原本结构,木素的得率高,分离出的木素纯度高,3,一、天然木素的提取,1、引言,木素分离方法,Brauns有机溶剂萃取法,Bjorkman磨木木素(milled wood lignin, MWL),纤维素水解酶法(cellulolytic enzyme lignin, CEL),2、分离和纯化木素的方法,1)分离,研磨,将干燥的木材样品悬浮在甲苯（用Na纯化）中,用水冷式振动球磨机研磨48-72h,每个研磨罐充满56g木材,甲苯覆盖研磨罐（大约是容器体积的80%），研磨罐的温度应当低于35,4,萃取,离心作用除去甲苯,将残渣用二氧杂环己烷水（96：4，v/v）（510ml/g磨木）萃取24h（试剂级别的二氧杂环己烷需用钠蒸馏纯化）,再将萃取液离心，并用新制备的二氧杂环己烷水混合物取代,第二天重复萃取液的除去和新制备的二氧杂环己烷水混合物的加入步骤,两天后，将萃取液离心，并同另外的两种萃取液结合，旋转蒸发除去溶剂,纯化,吡啶-醋酸-水（9：1：4，v/v/v）,吡啶-醋酸-水-氯仿（9：1：4：18，v/v/v/v）,旋转蒸发,乙醇,1，2二氯乙烷乙醇（2：1，v/v）,乙醚,5,MWL和LCC制备过程,6,2)讨论,代表木材中原本木素的磨木木素,研磨是为了引起木素的化学改性，但是目前仍然不知道研磨到何种程度才会发生化学改性。据报道，当研磨过程中存在氧气时，羰基含量会稍有提高。,磨木木素与纤维素水解酶木素比较,植物纤维用纤维素酶水解得到,纤维素水解酶木素,（CEL），该方法也需要进行研磨。,Chang等在1975年发现，磨木木素中的共轭羰基基团数量稍高。,对于阔叶材木素， CEL中的紫丁香基含量明显高于MWL中的紫丁香基含量。,显然，在某一方面，纤维素水解酶木素（CEL）比磨木木素(MWL)更能代表木材中的总木素,7,二、从浆中分离木素,1、引言,木素分离方法,化学浆，尤其是漂白化学浆中，木素含量较低，可能存在LCC，分离比较困难,酶催化法,2、过程,1)纸浆处理,筛去浆中的粗渣，PFI打浆,2)酶溶液的准备,缓冲溶液的制备：乙酸-乙酸钠溶液，pH为4.5,溶液的制备：,8,3)未漂KP浆残余木素的提取,称取将样，加入纤维素酶溶液，加入缓冲溶液。45,，振荡培养48小时。,离心分离。将残余物重复上一步操作。,离心分离，混合，加酶，调至浓度5%。振荡培养48小时,离心分离，残余物进行第四次酶处理。,离心分离，加酶（用量不同），重复以上操作,离心分离，残余物用盐酸（pH2.5）洗涤两次，冷冻干燥,4)残余木素的净化,纯化,9,3、讨论,木素式样中通常含有纤维素和半纤维素，即LCC，碳水化合物约占3%7%,酶污染，即残留酶中的蛋白质。例：南方松硫酸盐未漂浆和半漂浆中含氮量2.5%和7.3%，净化后为0.6%和2.3%,10,三、从制浆废液中提取木素,1、引言,工艺的选择应依据,木素和杂质,在,溶解性及分子量,上的不同或者是两者的结合而决定,用不同的溶剂萃取和通过降低废液的pH值使木素沉淀是根据溶解性进行分级的例子,超滤以及凝胶渗透分离木素和杂质首先取决于分子量/尺寸,废液中木素分离方法准则：,（1）分离的木素应有一定的得率,（2）分离的木素应不受污染,（3）工艺简单，便于操作。,11,2、原理,1)硫酸盐木素,酸沉淀和热凝：酸化、过滤、洗涤,2)木素磺酸盐,亚硫酸盐废液首先用长链烷基胺处理形成不溶于水的木素磺酸胺混合物，再用有机溶剂萃取，使其与糖类、寡糖、无机盐和非木素杂质分开,混合物的酸溶液用碱性水溶液（如NaOH、KOH或者NH4OH溶液）萃取，在水相中重新得到Na、K或者是木素磺酸盐中的铵盐，在醇相中得到烷基胺,从本质上来说，该过程有三步：,第一步：混合物的形成,Lignin-SO,3,-H+R,1,R,2,R,3,NHCl Lignin-SO,3,-NHR,1,R,2,R,3,+HCl,（混合物）,第二步：用有机溶剂萃取混合物,第三步：木素磺酸盐的再生,Lignin-SO,3,-NHR,1,R,2,R,3,NaOH（或其它碱） Lignin-SO,3,-NaR,1,R,2,R,3,+H,2,O,R,1,R,2,R,3,是羟基或烷基,12,3、方法,其他,分离和净化的方法如：,超滤制备高分子量的木素磺酸盐是一种经济的过程，然而，该过程既不能选择性的除去所有来自木素磺酸盐的糖和不洁净的组分，也不能从亚硫酸盐废液中回收全部（或者是几乎全部）的木素磺酸盐,凝胶渗透色谱法和离子排斥法也可以用于分离硫酸盐木素和木素磺酸盐，,但也有类似的缺点,13,四、木素-碳水化合物复合体的分离,分离方法,经过二氧六环水（96/4，V/V）抽提后，木粉在真空下干燥,用50的乙酸进行抽提，用离心法将木粉和乙酸溶液分离，再重复两次乙酸抽提和离心分离操作,将得到的乙酸抽提液减压蒸馏以除去溶剂,将蒸馏所得的残留物溶解于二甲基甲酰胺中（约1.5g残留物溶于25mlDMF中），离心分离得到澄清的DMF溶液,在搅拌下将上溶液滴加到二氯乙烷乙酸（2：1，V/V）中，所得沉淀经离心分离后用二氯乙烷乙酸（2：1，V/V）洗涤一次，用无水乙醚洗涤三次后将沉淀干燥,然后再将沉淀物溶于50醋酸溶液，经离心分离除去不溶性杂质后在搅拌下将其滴加到丙酮中，使LCC沉淀出来,离心分离后先用含19醋酸的丙酮洗涤一次，然后用乙醚洗涤，再用低沸点石油醚洗涤，最后在真空下用P,2,O,5,干燥，得LCC试样,14,介绍一种新方法：,酶弱酸解两段法,第一段，酶处理。,绝干量60g的木粉，置入含有1200mlpH为4.5的醋酸-醋酸钠缓冲溶液的锥形瓶里，加入18ml纤维素酶（360IU/g），封口后置入40的恒温摇床里，反应48h。整个反应过程中剧烈摇动，使其混合均匀。反应结束后，过滤并用pH为2的酸水洗涤，将固体冷冻干燥即得到粗木素。,第二段，弱酸水解。,酶处理得到的粗木素置于二氧六环-水溶液（二氧六环:水体积比为85:15，沸点约为86）中，浓度为5%且该溶液中盐酸含量为0.01mol/L。通入氮气，加热回流2h。反应结束后经过过滤和二氧六环-水溶液洗涤，得到的清液用碳酸氢钠中和。然后，在30以下旋转蒸发。浓缩后的溶液，缓慢地滴入pH值为2的酸水中，木素沉淀，离心分离，冷冻干燥，即得到木素样品。,提纯：,该木素样品，经过高效液相色谱分析（HPLC）级别的正己烷洗涤，常温下真空干燥，即可得到比较纯净的木素试样。,可用于分离原料木素和纸浆残余木素：,分离纸浆中残余木素的方法与原料木素的分离相同，只是在第二段时，酸的浓度为0.05mol/L。并且纸浆在酶处理之前不用经过球磨机研磨。,15,酶-弱酸两段分离法,16,习题与思考题,6、常用的木素分离方法有哪些？什么方法分离得到的木素比较接近原本木素？,9、什么是木素-碳水化合物复合体？,10、如何从纸浆中提取木素？,17,