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半纤维素的提取、 改性与表征 半纤维素的提取、化学改性及表征 林产化学加工工程 2011102012012 汪欢欢 摘要 半纤维素是生物质的重要组成成分，综合利用潜力大，可以将其转化为高附加值、多元化的产品。对近十年半纤维素的化学改性如：醚化改性、酯化改性进行了综述，主要从多相反应和均相反应两个方面进行了归纳说明，最后提出了半纤维素改性的前景。 关键词 半纤维素 改性 表征 引言 随着石油资源的日益枯竭和世界森林面积的急剧减少，以农作物秸秆为代表的非木材纤维原料成为人们研究和开发利用的热点。全世界每年生产大量的秸秆，主要为麦草、稻草、甘蔗和玉米秸秆等。半纤维素作为一种可再生的绿色化学品可广泛应用于化学、食品、造纸等行业，具有广阔的利用前景。但目前半纤维素的价值仍然没有被人们充分利用。研究半纤维素的化学组成和结构对合理利用半纤??素是必不可少的，只有充分认识半纤维素的化学组成和结构，才有可能开发出更合理的利用途径，所以对半纤维素的分离及表征具有一定的研究意义。 1.半纤维素提取 传统化学法制浆一般是直接处理原料，原料中 的生物质尤其是半纤维素大部分进入制浆废液而被浪费掉，忽略了半纤维素作为生物质资源的潜在价值。例如：半纤维素可以通过水解发酵生产燃料乙醇，也可以用作造纸助剂等。因此，可以考虑在制浆工段之前采用条件比较温和的预处理方法分离出纤维原料中的一部分半纤维素，然后将此半纤维素水解发酵制得乙醇或直接提取乙酸等化学品。尽管人们研究了多种预处理的方法，如生物法、化学法、物理法等，但是预处理的研究还有待进一步加强，因为 现在的预处理方法成本缺乏优势，与化工燃料相比，优势不明显 1．1 高温液态水预处理提取半纤维素 热抽提半纤维素的方法主要有两种，分别是微波辐射法和水蒸汽法。Alexandra[33等人研究了从大麦壳中抽提水溶性的半纤维素，研究表明，相对其他抽提方法而言，水蒸气抽提更具有潜力，因为水蒸气抽提工艺条件温和，使用化学品减少，从而降低了对环境的影响。相比碱法而言，这种抽提方法的优势在于，半纤维素的破坏程度小，无论是低聚阿拉伯基木聚糖，还是多聚阿拉伯基木聚糖，其乙酰基团没有受到破坏，从而保证了半纤维素的多种用途，比如通过化学改性，增加半纤维素的疏水性，开发新材料。Alexandra_4 等研究了在微波条件下用高温液态水提取半纤维素，研究发现提高温度可以提高半纤维素的提取率，但同时多聚糖的分子量变小，半纤维素受到破坏程度提高 1．2 弱酸或弱碱提取半纤维素 半纤维素在酸性条件下容易降解，但是在弱酸介质条件下，只要控制好酸解温度、时间和浓度，不仅大部分半纤维素可以抽提出来，而且纤维素受到的影响不大，这为半纤维素的综合利用创造了有利条件。如在温和的温度条件下，Charles[5 等人用稀硫酸(约0．5 ～1．0 )有效地从玉米秆中抽提出并回收大部分半纤维素，回收的形式为可溶的糖类，如果采用氨水来控制预处理液的pH，同时加入少量Ca(OH) ，预处理效果更好，并且预处理条件也会更加温和。与上面的高温液态水处理相比，稀酸预处理提高了半纤维素的得率，但预处理的成本增加。曹邦威L6 等在对制浆造纸产业模式转变的思考中提出：在制浆前先从木片中抽提出半纤维素，再转化成乙醇和糖基聚合物。在碱法制浆前，先用温度100℃以上的碱液，将半纤维素从木片中抽提出来。形成杂有若干木素的聚合半纤维素溶液。预抽提除了能获得制取新生物产品的原料液外，还可减少碱耗、加快脱木素速率和降低黑液负荷。它对保持甚至增加纸浆得率也很重要。木材抽提液中的半纤维素提供了生产乙醇、糖基聚合物和化学品的原料。糖基聚合物将开发出可再生的生物合成材料，用以取代复合木材中使用的以石油为原料的树脂。 2.半纤维素的化学改性 虽然半纤维素广泛分布于植物中，但是因为结构的复杂性限制了它们在工业中的应用。例如，大多数半纤维具有很强的氢键，因此在水中是不溶的；半纤维素 具有独特的化学结构，比如分枝、无定形组成的几种不同类型的单糖（杂多糖）和不同类型的官能团（例如基、乙酰基、甲氧基等），与纤维素和淀粉比较，这些不同类型的聚糖具有不同的化学行为，这些也将限制它们的利用。然 而，这些缺点能够通过改性来克服，如：氧化、水解、还原、醚化、酯化及交联反应来 完成。 因此，半纤维素改性及新型聚合物的特性成为半纤维素研究的重要组成部分。近十年来人们才致力于研究半纤维素，尤其是半纤维素的化学改性，为最大限度开发半纤维素的不为人知的宝贵特性供必要条件，为其成为一种新型的可降解聚合物提供了很大的应用空间。半纤维素与低分子醇类相似，半纤维素上的羟基可与酸反应生产半纤维素酯，与烷基化试剂反应生产半纤维素