了得網自然科學_工業木質素高效利用的改性理論與技術

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內容簡介

木質素是僅次於纖維素的第二大類天然可在生資源，在礦物質資源日趨緊張的今天，生物質資源高效利用的瓶頸是拓展木質素的利用，因而，木質素的利用吸引了廣大科研工作和企業研究人員的極大興趣。《工業木質素高效利用的改性理論與技術》依托作者18年木質素的研究基礎，歸納了木質素的來源與特征、分離與提純、改性、溶液行為、吸附分散機理以及在混凝土減水劑、工業循環冷卻水緩蝕阻垢劑、水煤漿分散劑、水泥助磨劑、農藥分散劑、染料分散劑、膠粘劑及木塑復合材料中的*研究結果和進展。分析了相關木質素應用過程中科學問題和技術關鍵，為從事生物質高效利用的廣大科研人員提供理論和技術的支撐。

前言
第1章工業木質素的來源與結構特征
1.1木質素在自然界中的存在
1.1.1木質素在植物中的分布
1.1.2木質素在細胞中的分布
1.1.3木質素在自然界中的其他分布
1.2堿木質素
1.2.1堿木質素的來源
1.2.2堿木質素的化學結構特征
1.3硫酸鹽木質素
1.3.1硫酸鹽木質素的來源
1.3.2硫酸鹽木質素的化學結構特征
1.4木質素磺酸鹽
1.4.1木質素磺酸鹽的來源前言
第1章工業木質素的來源與結構特征
1.1木質素在自然界中的存在
1.1.1木質素在植物中的分布
1.1.2木質素在細胞中的分布
1.1.3木質素在自然界中的其他分布
1.2堿木質素
1.2.1堿木質素的來源
1.2.2堿木質素的化學結構特征
1.3硫酸鹽木質素
1.3.1硫酸鹽木質素的來源
1.3.2硫酸鹽木質素的化學結構特征
1.4木質素磺酸鹽
1.4.1木質素磺酸鹽的來源
1.4.2木質素磺酸鹽的化學結構特征
1.5酶解木質素
1.5.1酶解木質素的來源
1.5.2酶解木質素的化學結構特征
參考文獻

第2章木質素的分離與提純
2.1制漿廢液中木質素的提取
2.1.1酸析法
2.1.2堿析法
2.1.3絮凝沉澱法
2.1.4其他方法
2.2酶解提純工業木質素
2.3樹脂法提純木質素
2.4有機溶劑法提純木質素
2.5膜法提純木質素
2.5.1有機膜超濾造紙制漿黑液的工藝
2.5.2陶瓷膜超濾處理造紙黑液的工藝
2.5.3黑液超濾濾出液的納濾工藝
2.6凝膠色譜法提純木質素
2.6.1層析柱繫統分離提純過程
2.6.2凝膠類型選擇
2.6.3流動相的選擇
2.6.4洗脫流速選擇
2.6.5進樣量對分離效果的影響
2.6.6pH對分離效果的影響
2.6.7二次層析分離木質素磺酸鈉效果
2.6.8分級提純後木質素磺酸鹽樣品中無機鹽去除
參考文獻

第3章木質素的改性反應
3.1木質素的氧化反應
3.1.1過氧化氫氧化
3.1.2Fenton試劑氧化
3.1.3氧氣與臭氧氧化
3.1.4濕空氣催化氧化
3.1.5光化學氧化法
3.1.6電化學氧化法
3.1.7氧化氨解
3.1.8過硫酸銨氧化
3.2木質素的磺化改性反應
3.3木質素的羧酸化改性反應
3.4木質素的接枝共聚反應
3.4.1引發劑引發聚合
3.4.2輻射引發聚合
3.4.3電化學聚合
3.4.4酶催化聚合
3.5木質素的烷基化反應
3.6木質素的Mannich改性反應
3.7木質素的生物酶解反應
3.7.1降解木質素的微生物種類
3.7.2木質素降解酶繫和生物降解機理
3.7.3木質素生物降解的化學機理
3.7.4降解木質素微生物的酶活性調控
參考文獻

第4章木質素兩親聚合物的溶液行為
4.1木質素兩親聚合物的分子形狀
4.2木質素兩親聚合物在溶液中的物理性質
4.2.1光譜特性
4.2.2zeta電位
4.2.3表面張力
4.3木質素兩親聚合物的聚集行為
4.3.1概述
4.3.2木質素兩親聚合物的臨界聚集濃度測試
4.4木質素兩親聚合物的聚集
4.4.1堿木質素在THF溶液中的聚集
4.4.2堿木質素與碘的復合物的形成
4.4.3堿木質素π—π聚集的解聚
4.4.4π—π聚集與分子聚集
參考文獻

第5章木質素兩親聚合物在固／液界面的吸附特征
5.1木質素兩親聚合物在固體顆粒上的吸附
5.1.1木質素兩親聚合物在固體顆粒上的吸附熱力學
5.1.2木質素兩親聚合物在固體顆粒上的吸附動力學
5.1.3影響木質素兩親聚合物吸附行為的主要因素
5.2木質素兩親聚合物在固體平板上的吸附
5.2.1Langmuir—Blogeet膜
5.2.2逐層自組裝膜
參考文獻

第6章工業木質素改性為混凝土減水劑
6.1混凝土減水劑
6.1.1混凝土減水劑概述
6.1.2混凝土減水劑的分類
6.2木質素繫減水劑在水泥漿體中的作用
6.2.1分散性能
6.2.2引氣性能
6.2.3緩凝性能
6.3木質素繫減水劑對混凝土性能的影響
6.3.1木質素繫減水劑對混凝土抗壓強度的影響
6.3.2木質素繫減水劑對混凝土抗滲性的影響
6.3.3木質素磺酸鈣對硬化水泥微觀結構的影響
6.4木質素磺酸鹽減水劑的吸附分散機理
6.4.1木質素磺酸鹽減水劑在水泥顆粒表面的吸附等溫線
6.4.2木質素磺酸鹽減水劑在水泥表面等溫吸附方程的擬合
6.4.3木質素磺酸鹽減水劑在水泥顆粒表面的吸附動力學曲線
6.4.4木質素磺酸鹽減水劑在水泥表面吸附動力學方程的擬合
6.4.5木質素磺酸鹽減水劑在水泥顆粒表面的吸附層厚度
6.4.6木質素磺酸鹽減水劑對水泥顆粒表面zeta電位的影響
6.4.7木質素磺酸鹽減水劑對水泥顆粒的分散機理
6.5木質素繫減水劑的應用實例
6.5.1在水利水電工程中的應用
6.5.2在地鐵工程中的應用
6.5.3在泵送混凝土中的應用
參考文獻

第7章木質素改性為循環冷卻水處理劑
7.1木質素磺酸鹽在循環冷卻水處理中的應用與研究進展
7.2木質素磺酸鹽的緩蝕阻垢性能研究
7.2.1木質素磺酸鹽的阻垢性能
7.2.2木質素磺酸鹽的分散性能
7.2.3木質素磺酸鹽對碳鋼的緩蝕性能
7.2.4不同級分木質素磺酸鹽的緩蝕阻垢性能研究
7.3木質素磺酸鹽與緩蝕劑的配伍性能研究
7.3.1木質素磺酸鹽與無機磷緩蝕劑的配伍性能
7.3.2木質素磺酸鹽與有機膦緩蝕劑的配伍性能
7.4木質素磺酸鹽綠色緩蝕阻垢劑的合成
7.4.1木質素磺酸鹽綠色緩蝕阻垢劑的合成工藝路線
7.4.2綠色緩蝕阻垢劑GCL2的物化特征及結構特征
7.5綠色緩蝕阻垢劑GCL2的緩蝕阻垢性能研究
7.5.1GCL2對碳酸鈣的阻垢性能
7.5.2電化學方法研究GCL2的緩蝕性能
7.5.3GCL2的預膜實驗
7.5.4GCL2的運行實驗
7.5.5緩蝕性能對比實驗
7.6循環冷卻水繫統動態模擬設備的設計與運行試驗
7.6.1循環冷卻水繫統動態模擬設備的設計
7.6.2木質素磺酸鹽及GCL2的動態模擬試驗
7.7綠色緩蝕阻垢劑GCL2的緩蝕阻垢作用機理研究
7.7.1緩蝕阻垢機理研究進展
7.7.2GCL2緩蝕作用機理研究
7.7.3GCL2阻垢作用機理研究
7.8木質素磺酸鹽循環冷卻水處理劑研究展望
參考文獻
……
第8章木質素改性為水煤漿分散劑
第9章木質素改性為水泥助磨劑
第10章木質素改性為農藥分散劑
第11章木質素染料分散劑
第12章木質素改性為酚醛樹脂膠黏劑
第13章木質素／塑料復合材料

前言

隨著石油資源的緊缺及環境污染問題的日趨嚴重，充分利用天然可再生資源，生產“環境友好”的綠色產品及綠色化學工藝已成為當前化學、化工及其交叉學科研究的熱點和前沿。歐美發達國家政府與產業界正著手研究制定利用可再生資源來補充或替代目前過分依賴的不可再生且日益減少的化石資源的策略。美國於1998年提出《2020植物／農作物為基礎的可再生資源——通過可再生植物／農作物資源利用加強美國經濟安全性的設想》，其重點是建立“植物基資源是越來越重要的工業原料資源”新觀念；同時確定了方向性目標：2020年化學基礎產品中至少有10％來自植物的可再生資源原料，到2()50年提高到50％。因此，高效利用這些可再生資源是社會可持續發展的重要因素。
植物／農作物秸稈中的主要成分有纖維素、半纖維素、木質素等，其中木質素是自然界中在數量上僅次於纖維素的第二大天然高分子材料，占植物體質量的20％～30％。依照焓容量計算，生物學上產生的能量有40％儲存在木質素中，因此木質素被譽為21世紀可被人類利用的豐富的綠色資源之一。制漿造紙工業每年從植物中分離出5000萬t左右的工業木質素副產品，工業木質素的資源化高效利用不僅為化學工業提供原料，提高經濟安全性；同時對於解決造紙廢液對環境的污染，促進國家節能減排策略和推動資源生態化利用的發展將產生重大的意義。隨著石油資源的緊缺及環境污染問題的日趨嚴重，充分利用天然可再生資源，生產“環境友好”的綠色產品及綠色化學工藝已成為當前化學、化工及其交叉學科研究的熱點和前沿。歐美發達國家政府與產業界正著手研究制定利用可再生資源來補充或替代目前過分依賴的不可再生且日益減少的化石資源的策略。美國於1998年提出《2020植物／農作物為基礎的可再生資源——通過可再生植物／農作物資源利用加強美國經濟安全性的設想》，其重點是建立“植物基資源是越來越重要的工業原料資源”新觀念；同時確定了方向性目標：2020年化學基礎產品中至少有10％來自植物的可再生資源原料，到2()50年提高到50％。因此，高效利用這些可再生資源是社會可持續發展的重要因素。
植物／農作物秸稈中的主要成分有纖維素、半纖維素、木質素等，其中木質素是自然界中在數量上僅次於纖維素的第二大天然高分子材料，占植物體質量的20％～30％。依照焓容量計算，生物學上產生的能量有40％儲存在木質素中，因此木質素被譽為21世紀可被人類利用的豐富的綠色資源之一。制漿造紙工業每年從植物中分離出5000萬t左右的工業木質素副產品，工業木質素的資源化高效利用不僅為化學工業提供原料，提高經濟安全性；同時對於解決造紙廢液對環境的污染，促進國家節能減排策略和推動資源生態化利用的發展將產生重大的意義。
然而，木質素本身在結構上的復雜性等原因，導致迄今為止對木質素的基礎研究相當薄弱，應用研究開展也不夠充分，從而阻礙了工業木質素的高效利用。目前，對木質素改性與應用方面的著作較為缺乏。鋻於此，作者結合所在研究團隊近20年從事工業木質素理論和應用研究的成果與技術資料，編寫本書。本書較為繫統地闡述工業木質素的來源、結構和特征、分離提純、改性反應、溶液行為、吸附特性以及在混凝土減水劑、工業循環冷卻水緩蝕阻垢劑、水煤漿分散劑、水泥助磨劑、農藥分散劑、染料分散劑、改性酚醛樹脂膠黏劑、木／塑復合材料等領域中的相關基礎理論和應用，以幫助科研和工程技術人員加深對木質素的了解，為木質素高效利用提供理論和應用指導。
作者在木質素方面的研究得到了國家傑出青年科學基金(20925622)、國家重點基礎研究發展計劃(973計劃：2012CB215302，2010CB732205)、國家高技術研究發展計劃(863計劃：2007AA062322)、國家自然科學基金(20876064，20976064，21176096，21006036)、廣東省自然科學基金(8351064101000002，9151064101000082)及一繫列廣東省科技攻關項目的資助。
本書共13章，第l、8章由邱學青撰寫，第2、12章由歐陽新平撰寫，第3、9章由周明松撰寫，第4、5章由鄧永紅撰寫，第6章由鄭大峰撰寫，第7章由易聰華和樓宏銘撰寫，第10章由龐煜霞撰寫，第11章由楊東傑和秦延林撰寫，第13章由黃錦浩撰寫；全書由邱學青負責統稿和定稿。
在長期的相應研究工作中，在作者研究團隊學習的研究生們為本書的部分研究成果付出了辛勤的勞動，他們包括博士後研究人員梁文學、李廣澤、謝曄、孫勇、林東；畢業博士研究生田震、張延霖、潘莉莎、劉綱勇、李朋偉、魏民、李志禮、嚴明芳、李嘉誠、彭雄義、李榮、王小萍、甘林火；畢業碩士研究生黃長峰、黃玉芬、段庭、周小娟、胡柏玲、王荷香、吳耿、謝寶東、張優茂、劉蘭花、張華、鄧國頌、劉龍、張群彩、何春燕、王斌、李嘉、江麗、楊建安、梁浩楣、葉萃、胡繼君、吳玲英、張娜娜、張程、郭永霞、張鵬、王創新、江舟、陳凱、但盼、劉青、陳玉珍、鄧國興、付盡國、柯麗碹、李曉娜、胡文莉、張智、王玥、王安安、譚春枚、張海彬、潘兵、林再雄、吳淵、孔倩、尚紀兵、梁悄、杜艷剛、郭素芳、周莉莉、馮鑫佳、江紅艷、張盼、劉磊、戰磊、黃欣；在讀博士研究生李浩、錢勇、周海峰、林緒亮、秦延林、湯潛潛、葉晃青、朱國典；在讀碩士研究生費愷、白孟仙、劉紅艷、紀楷濱、張偉健、趙振強、李賓、肖亮、周婷、溫偉能、林吼坑、郭聞源、伍思龍、孫章建、莫賢科、伍曉蕾、郭運清、賴煥然、葉晃青、王夢霞、劉春磊、陳子龍、高偉、高菲、孫曉紅、洪南龍、蔡振和、馮雪敏、賀政、黃相振、黎卓熹、李會景、李秀麗、劉友法、譚友丹、王文利、吳舜、謝紹胊、熊文龍、袁珍珍、張志嗚等。
本書還參考了大量國內外同行撰寫的書籍和論文資料，在此一並表示衷心的感謝。由於時間倉促及木質素結構的復雜性，加之作者水平有限，書中難免存在疏漏之處，請讀者批評指正。

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