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篇1

【Abstract】Aimed at the shortages of additive equipment for methyl cellulose currently applied to asphalt mixing plant, the defects and problems such as irrational structure of fiber blowing device were reformed in combination with experience. The practice shows that the reformed equipment works in shorter time, higher precision and efficiency.

【關(guān)鍵詞】木質(zhì)素纖維投放機(jī)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；控制模塊；計(jì)量

【Key words】additive equipment for methyl cellulose; optimization design; control module; measurement

中圖分類號(hào)：U415.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1000-033X(2012)01-0075-03

0 引言

生產(chǎn)瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）必須采用纖維穩(wěn)定劑，而近年來中國(guó)鋪筑的一些SMA道路工程，大多數(shù)都是以人工直接投入方式來添加纖維的。人工添加方式的缺點(diǎn)是無法保證纖維及時(shí)足量的投入，如果人工投放纖維不及時(shí)，預(yù)先加工成一定量包裝的塑料小包纖維就可能分散不均；如發(fā)生漏投，則可能造成鋪筑的SMA表面出現(xiàn)小面積油斑［1-2］，油斑往往是瑪蹄脂部分缺乏纖維或纖維成團(tuán)沒有充分分散的結(jié)果。為了避免人工投入的弊病，使用機(jī)械投入纖維就顯得十分必要［3-6］。為此，筆者的單位在購(gòu)置一臺(tái)進(jìn)口4000型瀝青攪拌站的同時(shí)也配備了國(guó)產(chǎn)的纖維投放機(jī)。使用效果表明，使用投放機(jī)后纖維投放質(zhì)量得到較大改善。纖維的凈投放時(shí)間經(jīng)實(shí)測(cè)需18 s，為了將纖維充分拌勻，拌和機(jī)的干拌時(shí)間則需設(shè)置為25 s。每個(gè)拌和周期為70 s，周期過長(zhǎng)將使拌和機(jī)的生產(chǎn)效率大大降低，并帶來能耗的增加，石料與拌缸的干摩擦將造成攪拌葉片和拌缸襯板的加速磨損。

針對(duì)上述纖維投放機(jī)械存在的設(shè)計(jì)上的不足，本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)瀝青混凝土攪拌站配套使用的纖維添加設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研和分析，并對(duì)原纖維投放設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化［7］。

1 纖維添加設(shè)備與瀝青攪拌站匹配現(xiàn)狀

通過調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)攪拌站配套使用的纖維添加設(shè)備普遍存在著以下問題。

（1） 施工企業(yè)專門定制纖維添加設(shè)備。由于各施工企業(yè)所擁有瀝青攪拌站的品牌和結(jié)構(gòu)不同，纖維添加設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)也各有不同，因此企業(yè)需要專門定制纖維添加設(shè)備，但定制的設(shè)備購(gòu)置成本較高，且不具備普遍適用性。

（2） 購(gòu)買具有纖維添加專用設(shè)備配置的進(jìn)口瀝青攪拌站。企業(yè)在最初采購(gòu)攪拌站時(shí)，就選取購(gòu)買具有纖維添加專用設(shè)備配置的進(jìn)口瀝青攪拌站，但價(jià)格昂貴。大多數(shù)進(jìn)口瀝青攪拌站生產(chǎn)廠家并不生產(chǎn)專用的纖維添加設(shè)備，需另外購(gòu)配，但購(gòu)配的纖維添加設(shè)備與原攪拌主機(jī)控制系統(tǒng)并不配套。

（3） 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)銷售的纖維添加設(shè)備大多數(shù)不是瀝青攪拌站生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的。這些產(chǎn)品模式單一，不能與每一臺(tái)瀝青攪拌站合理匹配，雖能實(shí)現(xiàn)纖維投放的功能并保證質(zhì)量，但投放效率較低，不能滿足用戶節(jié)省燃料成本、提高生產(chǎn)效率的要求。

2 原木質(zhì)素纖維投放機(jī)概況

筆者單位進(jìn)口的4000型瀝青拌和樓配套的是國(guó)產(chǎn)的GFAD2000型粒狀木質(zhì)纖維添加設(shè)備。儲(chǔ)料倉內(nèi)的木質(zhì)素纖維經(jīng)計(jì)量螺旋輸送到計(jì)量稱斗內(nèi)，由稱重傳感和計(jì)量?jī)x表控制計(jì)量重量，旋轉(zhuǎn)閥在生產(chǎn)過程中與拌和樓同步將計(jì)量斗內(nèi)計(jì)量完畢的纖維素排出，再由風(fēng)機(jī)經(jīng)長(zhǎng)管道吹送入拌缸完成一個(gè)工作循環(huán)。

原設(shè)備的控制系統(tǒng)采用的是三菱的FX1N-24MR PLC模塊，計(jì)量控制器采用UNI800B計(jì)量?jī)x表，在控制面板中設(shè)置有手動(dòng)和自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)。由于采用稱重傳感器計(jì)量方式，計(jì)量精度較高，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)與拌機(jī)聯(lián)機(jī)并與拌和生產(chǎn)同步投放。經(jīng)使用發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)纖維投放設(shè)備在生產(chǎn)過程中存在以下缺陷和不足。

（1） 計(jì)量螺旋容易堵塞，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，清理需花費(fèi)大量時(shí)間，影響生產(chǎn)。同時(shí)由于中斷了生產(chǎn)的連續(xù)性，對(duì)混合料的產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)造成一定影響。

（2） 投放時(shí)計(jì)量斗排放速度慢。為了保證SMA瀝青混合料的質(zhì)量，木質(zhì)纖維投放時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，只能相應(yīng)地增加干拌時(shí)間。實(shí)測(cè)投放過程約需18 s，極大地延長(zhǎng)了生產(chǎn)拌和周期（約為70 s），使拌機(jī)的產(chǎn)能大打折扣。

（3） 報(bào)警功能不全。當(dāng)拌機(jī)向木質(zhì)纖維素投放設(shè)備發(fā)出投放信號(hào)時(shí)，如果此時(shí)還沒完成纖維素的計(jì)量，由于沒有報(bào)警信號(hào)，在操作人員沒注意的情況下就會(huì)很容易造成漏加木質(zhì)纖維素，從而使拌和出的產(chǎn)品不合格，造成較大浪費(fèi)。

鑒于原購(gòu)置的纖維投放設(shè)備在設(shè)計(jì)上存在的缺陷以及與瀝青攪拌站匹配不合理等狀況，我們對(duì)原纖維投放設(shè)備進(jìn)行了徹底改造和優(yōu)化設(shè)計(jì)（圖1）。改造后纖維凈投放時(shí)間縮短到8 s以內(nèi)，達(dá)到國(guó)外同類設(shè)備的先進(jìn)水平。

3 結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 輸送流程優(yōu)化設(shè)計(jì)

在新的改造方案中，生產(chǎn)時(shí)先將儲(chǔ)料倉中的木質(zhì)素纖維由旋轉(zhuǎn)閥排放出來，被吹送風(fēng)機(jī)吹送到拌機(jī)主樓的集料裝置中，經(jīng)計(jì)量輸送螺旋送入計(jì)量斗完成計(jì)量以備用。當(dāng)拌機(jī)發(fā)出投放信號(hào)時(shí)，計(jì)量斗的排放蝶閥打開，纖維直接從計(jì)量斗排入拌缸。我們將原投放設(shè)備設(shè)置在地面上的纖維計(jì)量斗改裝到拌和樓二樓拌缸的側(cè)上部，增加風(fēng)力助吹投放功能。當(dāng)投放纖維時(shí)，由于減少了原來經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥排放和風(fēng)機(jī)吹送以及管道輸送等多個(gè)環(huán)節(jié)，從而大大縮短了纖維的投放時(shí)間。

3.2 增設(shè)旋風(fēng)分離器

由于吹送到拌機(jī)主樓的是氣固兩相的混合物，這就需要在拌機(jī)主樓上添加一個(gè)氣固分離裝置，分離出氣體和木質(zhì)纖維。而旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，體積較小，且其分離的效率高，因此我們加裝了一個(gè)旋風(fēng)分離器。當(dāng)氣、固兩相流進(jìn)入分離裝置時(shí)，木質(zhì)纖維借離心慣性力被甩向器壁面后分離下沉，氣體則經(jīng)分離器上部的排氣管排出。旋風(fēng)分離器安裝在拌機(jī)四樓的平臺(tái)上，離地面高度約為12 m，原配吹送風(fēng)機(jī)可以把木質(zhì)纖維吹送到這個(gè)高度。

3.3 加裝中間儲(chǔ)存?zhèn)}和微型料位計(jì)

為了保證單次計(jì)量過程的連續(xù)性，以提高計(jì)量精度，需在計(jì)量螺旋輸送器前設(shè)置一個(gè)小容量的中間儲(chǔ)存?zhèn)}。日工NBD-320型攪拌機(jī)的最大單次拌和量為4 000 kg，如按0.3%的添加量，則單次木質(zhì)纖維計(jì)量為12 kg。在旋風(fēng)分離器下部加裝一個(gè)中間儲(chǔ)存?zhèn)}，并在儲(chǔ)存?zhèn)}上加裝微型料位計(jì)，通過料位計(jì)的檢測(cè)來保證中間儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)木質(zhì)纖維量大于12 kg。當(dāng)料位計(jì)檢測(cè)到中間儲(chǔ)倉內(nèi)料位低時(shí)，就將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)便啟動(dòng)木質(zhì)纖維吹送系統(tǒng)。在吹送過程中，當(dāng)控制系統(tǒng)接收到料位計(jì)檢測(cè)到有料的信號(hào)時(shí)，繼續(xù)吹送木質(zhì)纖維幾秒鐘，再次確認(rèn)信號(hào)后停止吹送，這樣可以防止料位計(jì)的誤動(dòng)作導(dǎo)致吹送系統(tǒng)頻繁啟停，同時(shí)保證中間儲(chǔ)倉內(nèi)有足夠的料滿足單次計(jì)量。

3.4 彈性輸送螺旋

為解決原螺旋輸送器經(jīng)常發(fā)生堵塞的問題，改用了彈性輸送螺旋。螺旋內(nèi)部采用柔性彈簧作為導(dǎo)料機(jī)構(gòu)，相對(duì)于原來葉片式的輸送器，這種螺旋具有不易堵塞、直徑小、計(jì)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在計(jì)量過程中也不會(huì)因柔性彈簧對(duì)粒狀木質(zhì)纖維素產(chǎn)生剪切研磨作用，而導(dǎo)致產(chǎn)生粉末狀纖維。

4 控制系統(tǒng)的優(yōu)化

4.1 控制模塊的修改

在控制系統(tǒng)方面，采用原有的三菱的FX1N-24MR PLC模塊和UNI800B計(jì)量?jī)x表，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的修改，PLC的端口分配如圖2所示.。

24MR模塊共有14個(gè)輸入點(diǎn)，原控制系統(tǒng)已全部分配利用，由于增加了一個(gè)旋風(fēng)分離器上的料位計(jì)，需加入其信號(hào)參與控制。經(jīng)分析研究，原UNI800B的稱重控制儀表共占用了X13、X14、X15三個(gè)輸入點(diǎn)，其中X13主要是用于有兩種計(jì)量速度的計(jì)量系統(tǒng)，因本系統(tǒng)只有單個(gè)計(jì)量速度，所以可以把X13分出來給高位的料位計(jì)。24MR模塊共有10個(gè)輸出控制點(diǎn)，其中原控制系統(tǒng)中8個(gè)已分配使用，所以用Y10輸出點(diǎn)作為旋風(fēng)分離器料位計(jì)狀態(tài)指示輸出。Y11則接多一個(gè)蜂鳴器作為報(bào)警輸出，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。整個(gè)電氣改造是在原控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，作了部分改動(dòng)?？刂葡洳僮髅姘宓牟季趾透鱾€(gè)按鍵、指示的定義也沒有改變，只在面板上增加了一個(gè)料位的狀態(tài)指示燈及報(bào)警的蜂鳴器，做到了盡量少的改動(dòng)。

4.2 24MR模塊的控制程序的重新編寫

經(jīng)過機(jī)械和電氣布線改動(dòng)以后，由于木質(zhì)纖維投放設(shè)備的工作流程已經(jīng)完全不同了，所以必須重新編寫24MR模塊的控制程序。新的控制程序按功能主要可以分為兩個(gè)部分：維持木質(zhì)纖維臨時(shí)儲(chǔ)倉內(nèi)有料的控制部分和同步計(jì)量、投料部分。在第一部中，當(dāng)PLC模塊接收到料位計(jì)發(fā)來的料空信號(hào)時(shí)，延時(shí)確認(rèn)后就啟動(dòng)纖維吹送程序，依次延時(shí)啟動(dòng)風(fēng)門、旋轉(zhuǎn)閥，木質(zhì)纖維經(jīng)風(fēng)機(jī)和吹送管道吹入旋風(fēng)分離器分離出木質(zhì)纖維和空氣。當(dāng)料位計(jì)檢測(cè)到臨時(shí)儲(chǔ)倉內(nèi)有料時(shí)就發(fā)出信號(hào)，PLC經(jīng)延時(shí)確認(rèn)后，依次延時(shí)停止旋轉(zhuǎn)閥、風(fēng)門。經(jīng)過這個(gè)過程自動(dòng)不斷的循環(huán)，就能一直保持臨時(shí)儲(chǔ)倉內(nèi)有足夠多的木質(zhì)纖維滿足計(jì)量要求。因?yàn)榇邓偷母叨冗_(dá)到12 m時(shí)，吹送的速度會(huì)有所降低，而旋轉(zhuǎn)閥的排料速度較大，所以在實(shí)際使用過程中會(huì)出現(xiàn)來不及吹上去的木質(zhì)纖維堵塞吹送管道的問題。經(jīng)研究試驗(yàn)后，通過修改程序?qū)⒋邓瓦^程中的旋轉(zhuǎn)閥設(shè)定為間歇工作方式，即工作4 s后停止工作4 s，這樣就可以防止在短時(shí)間內(nèi)吹送管道內(nèi)積聚太多的料，有效地解決了堵塞問題，同時(shí)又可以滿足生產(chǎn)需求。

4.3 同步計(jì)量

在同步計(jì)量方面，主要由UNI800B智能稱重儀表的IN1端發(fā)出計(jì)量信號(hào)，PLC控制開啟計(jì)量輸送螺旋，將臨時(shí)儲(chǔ)倉內(nèi)的木質(zhì)纖維導(dǎo)入計(jì)量罐，當(dāng)接近計(jì)量目標(biāo)值時(shí)，儀表就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行落差修正，停止計(jì)量輸送螺旋。完成一個(gè)計(jì)量過程后，當(dāng)拌機(jī)向投放機(jī)發(fā)出木質(zhì)素纖維投放信號(hào)（K6）時(shí)，PLC控制稱斗排放（Y3）輸出，打開排放蝶閥，木質(zhì)素纖維便可直接投入到拌缸。UNI800B儀表檢測(cè)到纖維排空后，再次發(fā)出計(jì)量信號(hào)，PLC關(guān)閉蝶閥，進(jìn)入下一個(gè)計(jì)量、投放循環(huán)。

4.4 報(bào)警功能設(shè)置

上述同步計(jì)量中的程序是自動(dòng)控制過程，在程序優(yōu)化設(shè)計(jì)中，跟原系統(tǒng)一樣保留了手動(dòng)功能，同時(shí)增加了報(bào)警功能。主要是增加了生產(chǎn)過程中未投木質(zhì)素纖維及其投放時(shí)間過長(zhǎng)的兩項(xiàng)報(bào)警功能。當(dāng)拌機(jī)發(fā)送來投料信號(hào)時(shí)，如果此時(shí)纖維機(jī)由于儲(chǔ)倉無料還沒完成木質(zhì)素纖維的計(jì)量，而且沒有人為采取措施，就會(huì)造成這一次拌出的成品料中沒能添加木質(zhì)素纖維而成為廢料。增加了報(bào)警功能后，當(dāng)PLC檢測(cè)到儲(chǔ)倉無料時(shí)，便可控制蜂鳴器發(fā)出警報(bào)以提醒操作人員檢查并采取相關(guān)措施。同時(shí)，當(dāng)PLC檢測(cè)投料過程的時(shí)間超過10 s時(shí)，控制蜂鳴器便發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員延長(zhǎng)干拌時(shí)間，以保證瀝青混合料的質(zhì)量。

5 結(jié)語

（1） 通過對(duì)原配置的木質(zhì)素纖維投放設(shè)備在結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改造，經(jīng)實(shí)際使用證明，木質(zhì)纖維的計(jì)量準(zhǔn)確，與拌機(jī)同步精確，故障率低，自動(dòng)化程度高。木質(zhì)纖維的投入所需時(shí)間縮短至3～8 s，拌機(jī)每拌和一次的周期由改造前的70 s縮短為59 s，生產(chǎn)效率提高了約18%。

（2） 改變了現(xiàn)有市場(chǎng)上銷售的纖維投放專用設(shè)備不適應(yīng)不同品牌和類型的攪拌站且投放效率低的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。

（3） 優(yōu)化設(shè)計(jì)出投放流程更科學(xué)合理、計(jì)量更準(zhǔn)確、投放效率更高的纖維投放專用設(shè)備。生產(chǎn)效率和質(zhì)量達(dá)到國(guó)外同類設(shè)備先進(jìn)水平。

（4） 經(jīng)與日工4000型攪拌站配套生產(chǎn)驗(yàn)證，改裝后的纖維添加設(shè)備完全滿足生產(chǎn)SMA瀝青混合料中木質(zhì)纖維素的添加要求。在廣州迎亞運(yùn)道路升級(jí)改造工程施工期間，生產(chǎn)了大約20萬t高品質(zhì)的SMA瀝青混合料，實(shí)踐證明這種方法是可行的。

參考文獻(xiàn)：

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篇2

關(guān)鍵詞：麥草；乙醇提??；木質(zhì)素；汽爆；紅外光譜

中圖分類號(hào)：S543；TQ914．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439－8114（2012）06－1228-04

Study on the Extracting Technology of Lignin from Wheat Straw by Organic Solvent

TIAN Yi－h(huán)ong，LI Da－chen，GONG Da－chun

（College of Chemistry and Life Science，Three Gorges University，Yichang 443002，Hubei，China）

Abstract： Lignin was extracted by organic solvent from exploded wheat straw， purified by Bj?rkman method and analyzed by Infrared spectrometry（IR）． The extraction conditions were optimized by orthogonal experiment． The results indicated that the optimum extraction conditions were， volume ratio of ethanol， 30％（containing 1g／L NaOH）； Reaction temperature， 160 ℃； Reaction time， 15 min． The yield of crude lignin reached 35．26％． IR results showed that the obtained lignin contained 3 basic structures， guaiacyl（G）， syringyl （GS） and p－h(huán)ydroxyphenyl（H）． The active groups were well reserved and would be the idea material for synthesis of other chemical materials．

Key words： wheat straw； ethanol extraction； lignin； steam exploded； IR

木質(zhì)素是一類由苯丙烷單元通過醚鍵和碳－碳鍵連接的復(fù)雜的無定形高聚物［1］。在植物體內(nèi)木質(zhì)素與纖維素、半纖維素等一起構(gòu)成超分子體系，木質(zhì)素作為纖維素的粘合劑，能增強(qiáng)植物體的機(jī)械強(qiáng)度［2］。分解后的木質(zhì)素單體及其二聚體可轉(zhuǎn)化為有工業(yè)意義的化學(xué)品，如被譽(yù)為香料之王的香草醛，具有較強(qiáng)的抗氧化、抗菌活性和一定抗腫瘤作用的香草酸，以及阿魏酸、苯酚類物質(zhì)等［3，4］。

木質(zhì)素分離提取的方法，大致可分為兩大類：一類是將木質(zhì)素以外的成分溶解，木質(zhì)素作為不溶物質(zhì)沉淀下來；另一類是利用有機(jī)溶劑將木質(zhì)素溶解，從而使木質(zhì)素與纖維素分離，得到木質(zhì)素［5］。

作為木質(zhì)素提取的新方法的有機(jī)溶劑法主要是利用有機(jī)溶劑（或和少量催化劑共同作用）良好的溶解性和易揮發(fā)性，分離、水解或溶解植物中的木質(zhì)素，使得木質(zhì)素與纖維素充分、高效分離。整個(gè)提取過程形成一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，可以通過蒸餾法來回收有機(jī)溶劑，反復(fù)循環(huán)利用，無廢水或只有少量廢水排放，得到的高純度木質(zhì)素是良好的化工原料，也為木質(zhì)素資源的大規(guī)模開發(fā)利用提供了一條新途徑。

汽爆處理可以回收半纖維素，而木質(zhì)素仍殘留在纖維素固體材料中，汽爆過程使木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的α－丙烯醚鍵和部分β－丙烯醚鍵裂開，使乙醇更易提取出木質(zhì)素［6］。使用有機(jī)溶劑分離纖維素、半纖維素、木質(zhì)素與現(xiàn)有的堿法或酸法相比有許多優(yōu)勢(shì)：①使用真空干燥，可以使萃取物與溶劑較為快速有效地分離；②萃取液可以通過冷凝回收循環(huán)使用，減少了污染物的排放；③使用有機(jī)溶劑使提取環(huán)境相對(duì)溫和，對(duì)木質(zhì)素的變性程度較少，便于后續(xù)的化學(xué)改性的實(shí)施。

采用有機(jī)溶劑提取的方法從汽爆麥草中有效提取木質(zhì)素，并結(jié)合紅外光譜分析手段研究其結(jié)構(gòu)特征，以期通過對(duì)木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的研究來開發(fā)高附加值的木質(zhì)素產(chǎn)品。

1 材料與方法

1．1 材料

汽爆麥草（爆破溫度220℃，爆破壓力1MPa），購(gòu)自河南天冠集團(tuán)，由三峽大學(xué)艾倫?麥克德爾米德再生能源研究所保存。

1．2 方法

1．2．1 汽爆麥草組分分離工藝 汽爆麥草組分分離工藝流程見圖1。

1．2．2 原材料的成分分析 將汽爆麥草過40目篩，于60℃烘干至恒重后存放于干燥器中備用。用Kett 610型水分測(cè)定儀測(cè)定其含水率。應(yīng)用VELP Raw Fiber Extractor纖維素測(cè)定儀［7］測(cè)定原料中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1．2．3 汽爆材料的水提 稱取5 g汽爆麥草，加去離子水100 mL，混合加熱到一定溫度（25～100 ℃），邊加熱邊攪拌，保溫一段時(shí)間（5～60 min）后進(jìn)行抽濾，重復(fù)以上步驟4～5次，抽濾后定容為100 mL，利用DNS法在480 nm測(cè)定水提液中木糖濃度［8］。木糖得率＝提取的木糖質(zhì)量／［汽爆麥草的質(zhì)量（1－w）］，w為汽爆麥草含水率。

1．2．4 木質(zhì)素的有機(jī)溶劑萃取分離 取水提過的汽爆麥草干燥殘?jiān)髟?，按照固液?∶50（m／V，g∶mL，下同）加入一定體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液（含1 g／L NaOH）于高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)全部完成后通冷凝水冷卻、離心。濾渣水洗至中性后烘干，即得纖維素。濾液在40 ℃真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至渾濁，回收乙醇以便再利用。因木質(zhì)素在酸性條件下可沉淀，用3 mol／L的HCl調(diào)pH至2．5～3．0，使濾液在攪拌下絮凝。取一張烘干至恒重的濾紙，將絮凝混合液用該濾紙過濾，所得固體與濾紙一起烘干至恒重后稱其總質(zhì)量，減去濾紙質(zhì)量后，用于計(jì)算木質(zhì)素得率。木質(zhì)素得率＝木質(zhì)素質(zhì)量／水洗后麥草干渣質(zhì)量×100％。試驗(yàn)過程中使固液比（1∶50）及乙醇溶液中NaOH濃度（1g／L）保持恒定，采用正交設(shè)計(jì)的方法，著重考察乙醇體積分?jǐn)?shù)、反應(yīng)溫度、保溫時(shí)間對(duì)木質(zhì)素得率的影響。

1．2．5 木質(zhì)素的提純方法（Bj?rkman法）［9］ 將粗木質(zhì)素水洗風(fēng)干后溶解于體積分?jǐn)?shù)為90％的乙酸溶液中，3 500 r／m離心15 min除去沉淀雜質(zhì)。然后將上清液轉(zhuǎn)移到去離子水中使木質(zhì)素析出沉淀，經(jīng)離心后用去離子水水洗沉淀至無醋酸氣味后進(jìn)行自然風(fēng)干，再將其溶解于1，2－二氯乙烷/乙醇（2∶1，V／V，下同）溶液中，離心除去沉淀不溶物，然后在溶液中加入乙醚使木質(zhì)素析出，經(jīng)離心得到木質(zhì)素沉淀，用去離子水水洗3次，經(jīng)真空干燥后得純化后的木質(zhì)素。

1．2．6 木質(zhì)素紅外光譜分析方法 采用KBr壓片法：稱取純化后的木質(zhì)素試樣2 mg和KBr 300 mg一起研磨，在紅外光譜儀中掃描，掃描波長(zhǎng)范圍為370～4 000 cm－1得到紅外光譜圖。

2 結(jié)果與分析

2．1 汽爆麥草中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析

利用VELP Raw Fiber Extractor纖維素測(cè)定儀測(cè)得試驗(yàn)中所用不同處理方法得到的麥草中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示。由表1可見，麥草經(jīng)汽爆處理后，原料中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素均發(fā)生不同程度地降解。水洗后的汽爆麥草與未洗的汽爆麥草相比各組分均呈增加趨勢(shì)，主要是因?yàn)樗闯チ舜蟛糠挚扇苄晕镔|(zhì)，如汽爆過程中產(chǎn)生的木糖、葡萄糖、甲酸、乙酸、乙酰丙酸、羥甲基糠醛和糠醛等。乙醇萃取后的汽爆麥草的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，主要原因是大部分有機(jī)溶劑型木質(zhì)素及部分可溶于乙醇的物質(zhì)被提取了出來。

2．2 汽爆麥草中各水洗因素對(duì)木糖去除效果的影響

由表1可見，汽爆麥草的半纖維素很大一部分被水解，同時(shí)還產(chǎn)生了很多可溶于水的化學(xué)物質(zhì)，因此進(jìn)行水洗既可以回收糖類等供微生物利用，還可以將殘留的半纖維素和木質(zhì)素除去。水提液中的物質(zhì)主要來自于半纖維素，由于具有部分木質(zhì)素和色素而使水提液呈現(xiàn)黃褐色。各種水洗因素對(duì)木糖去除效果的影響可以通過觀察木糖得率得到，見圖2至圖5。

從圖2可以看出，當(dāng)固液比為1∶30時(shí)木糖得率最高。從圖3可以看出，提取溫度過低木糖得率很低，隨著提取溫度的上升木糖得率提高，當(dāng)提取溫度為100 ℃時(shí)，木糖得率略有下降，可見并非提取溫度越高越有利于木糖的提出。從圖4可以看出，隨著提取時(shí)間的增長(zhǎng)，木糖得率在上升。然而，經(jīng)15 min提取后木糖得率上升緩慢，由此可見經(jīng)15 min提取即可有效地提出木糖。從圖5可以看出，隨著提取次數(shù)的增多，木糖得率在上升，但經(jīng)2次提取后木糖得率上升緩慢，可見經(jīng)2次提取即可達(dá)到較理想的效果。綜上所述，汽爆麥草在固液比為1∶30，85 ℃熱水提取2次，每次提取15 min，木糖得率較高，達(dá)到1．51％，可以有效地去除木糖。

2．3 乙醇提取木質(zhì)素的最佳工藝條件的獲得

采用NaOH為催化劑，用乙醇提取木質(zhì)素，木質(zhì)素得率受到保溫時(shí)間、乙醇體積分?jǐn)?shù)和反應(yīng)溫度等多種因素的共同影響，通過正交設(shè)計(jì)方案進(jìn)行試驗(yàn)以期獲取最佳工藝條件，因素與水平見表2，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3的直觀分析和極差分析的結(jié)果可知，保溫時(shí)間以及反應(yīng)溫度對(duì)木質(zhì)素得率的影響較大，具有顯著性。乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)木質(zhì)素得率的影響很小，乙醇主要發(fā)揮溶劑的作用［8］，乙醇提取木質(zhì)素的最佳工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)30％，反應(yīng)溫度160 ℃，保溫時(shí)間15 min，并以1 g／L NaOH作為反應(yīng)催化劑，這時(shí)木質(zhì)素得率高達(dá)35.26%，且生產(chǎn)效率最高，成本最低。

2．4 純化后的木質(zhì)素的紅外光譜分析

提取的木質(zhì)素中含有部分降解的木質(zhì)素、色素和糖，采用Bj?rkman法純化，加入體積分?jǐn)?shù)為90％的乙酸溶液主要去除糖類物質(zhì)，加入1，2－二氯乙烷/乙醇是為了去除色素和部分降解的木質(zhì)素［9］，經(jīng)純化的木質(zhì)素，仍含有少量糖。本試驗(yàn)中純化后的木質(zhì)素產(chǎn)品經(jīng)KBr壓片后所測(cè)紅外光譜圖見圖6，木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)中的特征基團(tuán)在紅外光譜上有明確的特征峰。

從木質(zhì)素紅外光譜圖（圖6）可以看出，在3 400 cm－1附近有寬而強(qiáng)的峰，這是－OH中氫鍵伸縮振動(dòng)峰，2 935 cm－1為C－H的伸縮振動(dòng)峰。木質(zhì)素各官能團(tuán)的特征吸收主要集中在800~1 800 cm－1的指紋區(qū)，將它們的主要吸收峰位置及峰的歸屬列于表4。

從圖6及表4可見，1 328（紫丁香基的C－O伸展振動(dòng)）、1 260～1 270（愈創(chuàng)木基甲氧C－O伸展振動(dòng)）和1 032（愈創(chuàng)木基振動(dòng)）cm－1處有吸收峰，表明乙醇提取的木質(zhì)素含有愈創(chuàng)木基和紫丁香基結(jié)構(gòu)；同時(shí)，在1 167cm－1處也有明顯地吸收，此為酯鍵中C－O－C伸展振動(dòng)，由此說明所得木質(zhì)素含有酯基結(jié)構(gòu)［10］。由以上分析結(jié)果可知，本試驗(yàn)提取出的木質(zhì)素含有的3種基本結(jié)構(gòu)為愈創(chuàng)木基、紫丁香基和對(duì)－羥基苯丙基。乙醇提取出的木質(zhì)素在結(jié)構(gòu)上較好地保留了各種活性基團(tuán)，而且活性基團(tuán)含量豐富，有望成為合成其他化工方面材料的理想原料。

3 結(jié)論

采用有機(jī)溶劑法對(duì)汽爆麥草中木質(zhì)素的提取工藝進(jìn)行了探索，通過正交試驗(yàn)分析提出了合適的提取方法以及最優(yōu)的工藝條件，并對(duì)木質(zhì)素產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。

1）汽爆不但能有效地回收半纖維素，而且使木質(zhì)素軟化和部分?jǐn)嗔?，使乙醇更易提取出木質(zhì)素。

2）汽爆渣在固液比為1∶30，85℃熱水提取2次，每次提取15min時(shí)木糖得率達(dá)到1．51％，可以有效地去除木糖。

3）采用有機(jī)溶劑法提取木質(zhì)素的最佳工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)30％，反應(yīng)溫度160 ℃，保溫時(shí)間15 min，并取1 g／L NaOH作為反應(yīng)催化劑，此時(shí)木質(zhì)素得率最高達(dá)35．26％。

4）木質(zhì)素經(jīng)純化后利用紅外光譜分析檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)于此條件下所提取出的木質(zhì)素含有3種基本結(jié)構(gòu)，為愈創(chuàng)木基、紫丁香基和對(duì)－羥基苯丙基，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上較好地保留了各種活性基團(tuán)，有望成為高分子材料改性的綠色原料。

5）乙醇提取木質(zhì)素具有環(huán)保節(jié)能、對(duì)木質(zhì)素的活性基團(tuán)影響小的優(yōu)點(diǎn)，試驗(yàn)中乙醇回收率可達(dá)80％，并且可以回收再利用。

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篇3

摘 要：為了充分研究生物質(zhì)大分子的解聚機(jī)理，課題組對(duì)纖維素水解的關(guān)鍵影響因素、纖維素、半纖維素水解機(jī)理、木質(zhì)素解聚方式和表征、木質(zhì)素模型化合物的制備等關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行了探討。借助SEM、BET、XRD研究手段，研究了半纖維素的水解、纖維素的結(jié)晶度、聚合度對(duì)對(duì)纖維素水解的影響規(guī)律；借助TEM、EDXA-SEM和Raman等分析手段，從超微尺度入手，追蹤解聚過程中木質(zhì)素、半纖維素和纖維素在細(xì)胞壁中的分布變化。結(jié)果表明，半纖維素被水解移除后，生物質(zhì)表面孔洞增多，孔隙率、總孔容增大，從而促進(jìn)了纖維素的水解；相比于聚合度而言，晶型結(jié)構(gòu)對(duì)水解的影響更大。在酸性環(huán)境下，木質(zhì)素在細(xì)胞壁各層間發(fā)生遷移，而在堿性環(huán)境中木質(zhì)素會(huì)直接脫除。同時(shí)，該課題開展了在微波協(xié)同下的木質(zhì)素催化氧化解聚及液化解聚，并通過比較了不同的氧化劑的種類對(duì)解聚產(chǎn)物單苯環(huán)物質(zhì)收率的影響，并通過液質(zhì)聯(lián)用，高壓液相色譜等手段對(duì)解聚產(chǎn)物進(jìn)行定性和定量分析。結(jié)果表明，微波協(xié)同下在相對(duì)較低的溫度和壓力下獲得單苯環(huán)化合物的收率可達(dá)到15.2%。為了對(duì)木質(zhì)素的解聚機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究，該課題合成了包含α-o-4，β-o-4和β-5鍵的木質(zhì)素模型物三聚體和四聚體，并通過氣質(zhì)聯(lián)用色譜和核磁共振色譜等手段進(jìn)行分析和表征。木質(zhì)素模型物的合成為后續(xù)的木質(zhì)素解聚機(jī)理奠定基礎(chǔ)，并為木質(zhì)素解聚為單酚類化合物的高收率目標(biāo)提供參考。

關(guān)鍵詞：解聚機(jī)理 纖維素 木質(zhì)素 模型物

Abstract：For the purpose of investigation of the depolymerization mechanism of biomass macromolecule，some key scientific issues were explored，including important factors responsible for the hydrolysis of cellulose，depolymerization mechanism of hemicelluloses and cellulose，characterization of degraded products of lignin，and preparation of model compounds of lignin.The distribution of lignin， hemicellulose and cellulose in the cell walls was traced from the perspective of superfine scale in the process of depolymerization by using TEM， EDXA-SEM and Raman spectroscopy. In addition， the effect of hemicelluloses hydrolysis， degree of crystallization and polymerization on the hydrolysis of cellulose was investigated by using SEM， BET， and XRD. The result revealed that lignin was migrated in the cell walls between the layers in the acidic condition and lignin was removed directly in alkaline environment. For further inspection， the dynamics of alkali treatment to dissolve the lignin were investigated. In the meanwhile， oxidation degradation and liquefaction depolymerization of lignin were carried out assisted with microwave irradiation. And then the different kinds of oxidants on the influence of the yield of the product were studied. Qualitative and quantitative analysis of the product were characterized by LC-MS and HPLC.For further study of the rule of lignin deploymerization， several lignin model compounds composed of α-o-4，β-o-4 and β-5 linkages were synthesized. The target products were characterized by GC-MS and NMR spectroscopy. The lignin model compounds laid the foundation for the subsequent study of the mechanism of lignin deploymerization and provided the reference to achieve high yield of phenolic compounds through the degradation of lignin model compounds.

Key Words：Deploymerization mechanism；Cellulose；Lignin；Model compounds

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關(guān)鍵詞:木質(zhì)素;功能性建筑材料;熱裂解;機(jī)理

1研究背景

木質(zhì)素是生物質(zhì)的重要組分之一，廣泛存在于自然界和工業(yè)廢棄物領(lǐng)域，具有儲(chǔ)量大、可再生、廉價(jià)易得等特點(diǎn)［1］。由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和難降解性，目前主要作為鍋爐燃料使用獲得熱能，顯然這是一種材料的浪費(fèi)［2］。尤其是隨著我國(guó)能源短缺和環(huán)境污染問題的日益加劇，如何將生物煉制環(huán)節(jié)剩余的大量木質(zhì)素殘?jiān)行мD(zhuǎn)化為木質(zhì)素基的各種添加劑、助劑和吸附劑等材料，是未來生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究重點(diǎn)［3］。目前，木質(zhì)素在功能性建筑材料制取領(lǐng)域凸顯了較好的市場(chǎng)前景，主要體現(xiàn)在改善型混凝土減水劑、建材性能改進(jìn)劑、重金屬污水和室內(nèi)污染物吸附劑上。

1.1改善型混凝土減水劑

混凝土中摻拌減水劑可改善拌合物的流動(dòng)性和可塑性，提高混凝土強(qiáng)度和耐久性。木質(zhì)素磺酸鹽作為早期的混凝土減水劑，因其分散性、引氣性和緩凝性等可改善拌合物的性質(zhì)，然而其固有的減水效果差和不能正常凝結(jié)的硬傷也終止了它的進(jìn)一步應(yīng)用。隨著生物煉制產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，木質(zhì)素作為大量殘?jiān)Ｓ嘁鹆诵袠I(yè)的思考，現(xiàn)有相關(guān)研究仍是以木質(zhì)素磺酸鹽的改性入手，采用物理分離、化學(xué)改性和物理復(fù)配改性等方法提高減水劑的性能，未來是否可以從木質(zhì)素殘?jiān)兄苯犹崛?制取減水劑產(chǎn)品呢?迄今為止，還沒有相關(guān)的研究報(bào)告。

1.2建材性能改進(jìn)劑/添加劑

木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)上具有多種活性官能團(tuán)，其中羰基和羥基分別能與塑料材料中的氫離子和氯離子間產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，進(jìn)而終止光熱引發(fā)的鏈反應(yīng)，增強(qiáng)材料的熱穩(wěn)定性和抗紫外光降解性［4］。當(dāng)木質(zhì)素作為添加劑使用時(shí)，就可以通過調(diào)整木質(zhì)素分子結(jié)合狀態(tài)和改變木質(zhì)素分子親水與親油基團(tuán)比例來優(yōu)化復(fù)合材料的性能。聚氨酯材料因具有較好的熱塑性、強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率大、回彈性好、耐磨耐老化等優(yōu)點(diǎn)，在建筑建材領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。根據(jù)其合成機(jī)理結(jié)合木質(zhì)素分子中存在大量羥基的特點(diǎn)，木質(zhì)素可作為增強(qiáng)劑參與到材料合成過程。相比于普通的聚氨酯材料，木質(zhì)素型聚氨酯材料具有更優(yōu)越的熱力學(xué)性能、拉伸性能和抗壓能力。如果在合成時(shí)添加硼酸鋅，還可以在不改變聚氨酯材料自身性能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高材料的熱分解溫度，使其具有更出色的防火性能［5－6］。1.3污染物吸附劑同樣，由于木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)上的多種活性官能團(tuán)，如甲氧基、羥基、羧基等，可為金屬離子提供吸附位。尤其是經(jīng)蒸煮后的木質(zhì)素會(huì)產(chǎn)生更多的活性基團(tuán)，這些基團(tuán)中氧原子上的未共用電子對(duì)可與金屬離子的外層空電子軌道形成配位鍵，生成木質(zhì)素－金屬鰲合物，從而吸附金屬離子［7］。堿木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸鹽、水解木質(zhì)素和改性水解木質(zhì)素、有機(jī)溶劑木質(zhì)素等都已用于重金屬的去除。Dizhbite等［8］研究表明，水解木質(zhì)素經(jīng)聚銨鹽化合物改性、環(huán)氧胺胺化、二乙基環(huán)丙胺胺化后，分別對(duì)芳香類有機(jī)化合物、重金屬和陰離子的吸附能力顯著加強(qiáng)。用硫酸鹽木質(zhì)素、氫氧化鈣和二甲基甲酰胺樹脂為原料制得的有毒金屬水處理劑能有效去除Pb2+和Cd2+，該水處理劑在浸入水中6周后結(jié)構(gòu)依然穩(wěn)定［9］。鑒于木質(zhì)素本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和可再生性，其必將成為未來建筑建材領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。有針對(duì)性地進(jìn)行木質(zhì)素定向改造是所有發(fā)展的前提，而熱化學(xué)轉(zhuǎn)化是其中最有可能的途徑之一。本文開展了木質(zhì)素的熱裂解研究，從而推演了基于基本結(jié)構(gòu)單元的木質(zhì)素反應(yīng)機(jī)理，為后續(xù)的木質(zhì)素高品位應(yīng)用提供理論參考。

2實(shí)驗(yàn)方法

在熱裂解－色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(Py－GC/MS)上開展木質(zhì)素(Sigma公司生產(chǎn)的從櫸木中提取的有機(jī)木質(zhì)素)熱裂解實(shí)驗(yàn)研究。將木質(zhì)素樣品(約0.5mg)填裝好后放置于熱裂解儀內(nèi)，受周圍輻射熱量的影響，木質(zhì)素分解形成揮發(fā)份，并在高純氦氣的運(yùn)載下送往GC/MS進(jìn)行成分分析。色譜柱是DB－WAX(30m×0.25mm×0.25μm)，進(jìn)樣以1∶50的分流比進(jìn)入色譜，測(cè)試時(shí)色譜首先在40°C保持1min，然后以8℃/min的溫升速率升溫至240℃并保持24min。選取600℃下反應(yīng)10s作為典型工況，以三次實(shí)驗(yàn)的平均值作為最終結(jié)果。

3結(jié)果分析

3.1木質(zhì)素?zé)崃呀猱a(chǎn)物組成

木質(zhì)素結(jié)構(gòu)龐大，成分復(fù)雜，由三種基本結(jié)構(gòu)單元組成(見圖1)，由紫丁香基丙烷結(jié)構(gòu)單體聚合而成的紫丁香基木質(zhì)素(syringyllignin，S－木質(zhì)素)，由愈創(chuàng)木基丙烷結(jié)構(gòu)單體聚合而成的愈創(chuàng)木基木質(zhì)素(guajacyllignin，G－木質(zhì)素)和由對(duì)－羥基苯基丙烷結(jié)構(gòu)單體聚合而成的對(duì)－羥基苯基木質(zhì)素(hydroxy－phenyllignin，H－木質(zhì)素)［10］。木質(zhì)素的失重量為61.92wt%，根據(jù)GC/MS譜圖進(jìn)行產(chǎn)物分析，結(jié)果見表1。木質(zhì)素?zé)崃呀獾漠a(chǎn)物主要有25種成分，包括酚類物質(zhì)、呋喃類物質(zhì)和碳原子數(shù)大于16的直鏈酸酯，另外還有少量的乙醇和乙酸形成。呋喃類物質(zhì)主要包括糠醛、5－甲基糠醛和5－羥甲基糠醛;酚類物質(zhì)是木質(zhì)素?zé)崃呀獾闹饕a(chǎn)物，分為苯酚(H型)、愈創(chuàng)木基型酚類(G型)和紫丁香基型酚類(S型)。苯酚的含量遠(yuǎn)低于愈創(chuàng)木基型酚類和紫丁香基型酚類物質(zhì)含量，這說明木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中H型單元要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于G型和S型基本結(jié)構(gòu)單元，且苯丙烷基上的含碳側(cè)鏈及甲氧基并不容易斷裂生成苯酚。另外，含碳數(shù)16～20的直鏈酸酯類物質(zhì)，還有乙酸和呋喃類物質(zhì)不是木質(zhì)素基本結(jié)構(gòu)分解的產(chǎn)物，更有可能是由于苯丙烷側(cè)鏈上殘留的糖苷鍵熱裂解而形成，說明殘留的纖維素糖苷鍵結(jié)構(gòu)的確存在于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中。

3.2木質(zhì)素?zé)崃呀鈾C(jī)理途徑推演

通過愈創(chuàng)木基型酚類和紫丁香基型酚類產(chǎn)物的形成分析，推演了基于木質(zhì)素化學(xué)鍵斷裂的熱裂解機(jī)理途徑(見圖2)。木質(zhì)素?zé)崃呀馐紫劝l(fā)生纖維素殘留結(jié)構(gòu)糖苷鍵的斷裂形成以糠醛和5－羥甲基糠醛為主的呋喃類化合物，產(chǎn)量取決于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中連接的糖苷鍵的情況。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)間的醚鍵連接β－O－4鍵也較弱，將在熱解初期斷裂形成典型的紫丁香基木質(zhì)素和愈創(chuàng)木酚基木質(zhì)素，然后二者通過丙烷側(cè)鏈的斷裂形成各種酚類物質(zhì)，形成概率與其在圖2中由高到低的排列順序相一致，即在紫丁香基分解產(chǎn)物中，最有可能發(fā)生Cα－Cβ鍵的斷裂形成4－羥基－3，5－二甲氧基苯甲醛，而在愈創(chuàng)木基木質(zhì)素中最有可能也是通過Cα－Cβ鍵斷裂形成香草醛。直鏈酸酯的形成很有可能是木質(zhì)素復(fù)雜大分子結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)定的長(zhǎng)直側(cè)鏈斷裂形成，但由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)分析至今沒有明晰，所以在這里只討論基于苯丙烷基的產(chǎn)物形成機(jī)理。

4結(jié)論

篇5

關(guān)鍵詞：纖維 瀝青馬蹄脂碎石 作用

引言

目前，我國(guó)市場(chǎng)上的纖維包括有機(jī)纖維、木質(zhì)素纖維、玻璃纖維和礦物纖維等。有機(jī)纖維是以高聚物為原料經(jīng)化工處理后得到的，常用的有聚酯纖維和聚丙烯睛纖維；木質(zhì)素纖維是天然木材經(jīng)過化學(xué)處理得到的有機(jī)纖維，但路用木質(zhì)素纖維與木質(zhì)素纖維是有差別的，路用木質(zhì)素纖維是以木質(zhì)素纖維為原料，采用先進(jìn)的復(fù)合工藝使其與非金屬礦超細(xì)粉復(fù)合最終制得的纖維產(chǎn)品，所用原料包括廢舊報(bào)紙、廢舊木質(zhì)素纖維等，這使得路用木質(zhì)素纖維的生產(chǎn)減少了對(duì)天然木材的大量使用；礦物纖維是從石料中經(jīng)過加工和一系列物化過程處理后得到的。

1 概述

針對(duì)纖維、添加纖維的瑪蹄脂及添加纖維的混合料很多單位做了大量的各種性能的檢測(cè)，如纖維耐熱性試驗(yàn)、纖維吸油性試驗(yàn)、纖維與瀝青的粘附性試驗(yàn)、瑪蹄脂錐入度試驗(yàn)、瑪蹄脂軟化點(diǎn)試驗(yàn)、瑪蹄脂高溫流淌性及低溫柔韌性試驗(yàn)、混合料松散性試驗(yàn)、混合料的飛散試驗(yàn)、混合料謝倫堡滴漏試驗(yàn)、混合料的高溫性能、混合料的低溫性能、混合料的耐老化性能試驗(yàn)、混合料的水穩(wěn)性能試驗(yàn)等。試驗(yàn)結(jié)果表明，上述纖維在性能上各有所長(zhǎng)，我國(guó)目前以木質(zhì)素纖維在瀝青瑪蹄脂碎石混合料路面中應(yīng)用最為廣泛。

2 纖維在瀝青馬蹄脂中的作用

關(guān)于路用木質(zhì)素纖維在SMA混合料中的作用，目前的說法較多，使用種類應(yīng)根據(jù)纖維和混合料機(jī)理進(jìn)行選擇，要看對(duì)瀝青混合料的影響如何，我個(gè)人總結(jié)纖維在瀝青馬蹄脂中的作用主要如下面幾點(diǎn)。

2.1纖維的穩(wěn)定作用

路用木質(zhì)素纖維具有很強(qiáng)的吸油能力，由于瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA 中的瀝青含量較其它混合料要高，纖維的存在可以吸收瀝青馬蹄脂混合料中多出的瀝青，使其在拌和、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、攤鋪以及碾壓過程中處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，防止瀝青滴漏現(xiàn)象的發(fā)生。纖維使瀝青膜處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，尤其是在夏天高溫季節(jié)，瀝青受熱膨脹時(shí)，纖維內(nèi)部的空隙還將成為一種緩沖的余地，不致成為自由瀝青而泛油，提高了溫度穩(wěn)定性。

2.2纖維的增強(qiáng)作用

瀝青中酸性樹脂組分是一種表面活性物質(zhì)，它在纖維表面產(chǎn)生物理浸潤(rùn)和化學(xué)吸附作用，形成“結(jié)構(gòu)瀝青層”，結(jié)構(gòu)瀝青比層外的自由瀝青粘度高、熱穩(wěn)定性好。瀝青基體中的纖維數(shù)目驚人，大量的纖維及其表面的結(jié)構(gòu)瀝青構(gòu)成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使瑪蹄脂粘性增大、軟化點(diǎn)升高、溫度敏感性降低。另外，由于溫度、載荷等因素的影響，瀝青基體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生許多微小的裂紋，在加入纖維后，纖維對(duì)裂紋的擴(kuò)展起阻滯作用，極大地提高了瑪蹄脂的抗疲勞性能、延緩了老化、破壞速度，延長(zhǎng)了瀝青路面的使用壽命

2.3纖維的分散作用

如果沒有纖維，用量頗大的瀝青、礦粉很可能成為膠團(tuán)，它不能均勻地分散在集料之間，鋪筑在路面上將清楚地看見“油斑”存在。纖維在混合料中呈三維分散狀態(tài)存在，可以使膠團(tuán)適當(dāng)分散；另外還起到加筋作用，提高混合料的承載力。

2.4纖維的吸附及吸收瀝青的作用

在SMA混合料中加入纖維穩(wěn)定劑的作用在于充分吸附（表面）及吸收（內(nèi)部）瀝青，從而使瀝青用量增加，瀝青油膜變厚，提高混合料的耐久性。

2.5纖維的防裂縫作用

纖維在瀝青混合料中的使用可用于預(yù)防路面的反射裂縫。使用場(chǎng)合也由最初的瀝青加鋪層發(fā)展到各式各樣的瀝青混合料中，如SMA路面、薄層或超薄層的瀝青混凝土、多孔性瀝青混凝土（OGFC）、稀漿封層等，特別對(duì)于瀝青瑪蹄脂碎石混合料路面的反射裂縫起到了很好的抑制和延遲作用。

3 結(jié)論

纖維和纖維織物在瀝青混合料中得到推廣應(yīng)用，其使用目的由最初的抗反射裂縫的產(chǎn)生轉(zhuǎn)變到對(duì)瀝青混合料綜合性能的改善，使用場(chǎng)合也由最初的瀝青加鋪層發(fā)展到各式各樣的瀝青混合料中。以上淺述希望能為纖維在瀝青混合料的普及應(yīng)用提供一些借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]加拿大多倫多大學(xué)，Davis， N.M，《水泥混凝土路面瀝青加鋪層

反射裂縫防治措施研究》 1960.

篇6

1.1試驗(yàn)材料(1)原料原料來自于寧夏固原的5年生檸條的平茬廢棄物，經(jīng)自然曬干、粉碎后過10目與20目標(biāo)準(zhǔn)篩，選擇粒徑介于0.85～2mm之間的粉末作為實(shí)驗(yàn)材料。(2)菌種微生物菌種選用模式菌黃孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)，購(gòu)于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生物品收藏中心(ATCC)，屬絲狀白腐真菌。(3)纖維素酶纖維素酶(固體)由寧夏夏盛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司惠贈(zèng)，經(jīng)測(cè)定其總纖維素酶活性(以濾紙為底物測(cè)定，pH4.8)約為64FPU/g。(4)培養(yǎng)基PDA培養(yǎng)基。檸條培養(yǎng)基按檸條︰自來水為1︰1.5(質(zhì)量/體積比，m/v)的比例向檸條中加入自來水?dāng)嚢杈鶆蛑瞥桑?21℃滅菌30min。

1.2試驗(yàn)方法(1)堿處理堿處理采用0.1%～5%的NaOH溶液以1︰20固液比在100℃下處理15min，用蒸餾水對(duì)照。處理后用200目濾布過濾，收集濾液用H2SO4調(diào)節(jié)pH值至中性并測(cè)定濾液中還原糖含量，濾渣用自來水沖洗至中性后烘至恒重。(2)酸處理酸處理采用0.025%～1%的硫酸以1︰20固液比在120℃下處理1h，用蒸餾水做對(duì)照。處理后用200目濾布過濾，收集濾液用NaOH調(diào)節(jié)pH至中性并測(cè)定濾液中還原糖含量，濾渣用自來水沖洗至中性后烘至恒重。(3)微生物處理將菌種接種至PDA培養(yǎng)基上于28℃活化5～7天，活化后采用固體接種的方法挑取直徑為2～3mm的菌苔接種到檸條培養(yǎng)基上，每瓶接10塊。接種后置于28℃培養(yǎng)，分別在第3～6周取樣，于105℃干燥4h。(4)酶解糖化采用醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH4.8)于50℃溶解固體纖維素酶，酶濃度為1.25g/mL。稱取0.160g預(yù)處理前后的樣品，按每克生物質(zhì)20FPU加入纖維素酶酶液，并用于pH值為4.8的醋酸－醋酸鈉緩沖液補(bǔ)充至反應(yīng)體系總體積為8mL，于48℃靜置酶解48h后用定性濾紙過濾，棄濾渣，采用DNS法［13］測(cè)定濾液中還原糖含量。(5)木質(zhì)纖維素含量測(cè)定參照NREL的方法［14］測(cè)定纖維素、酸不溶木質(zhì)素(AIL)、酸溶性木質(zhì)素(L)和木質(zhì)素(AIL+L)含量，半纖維素含量采用中性洗滌纖維及酸性洗滌纖維法［15］測(cè)定。(6)轉(zhuǎn)化率與總還原糖得率的計(jì)算濾渣酶解糖化情況用轉(zhuǎn)化率表示，以酶解轉(zhuǎn)化出的還原糖質(zhì)量占酶解前生物質(zhì)質(zhì)量百分比表示，轉(zhuǎn)化率/%=酶解轉(zhuǎn)化的還原糖質(zhì)量÷酶解前稱取的樣品質(zhì)量×100%總還原糖包含酸/堿水解出的還原糖及酶解產(chǎn)糖，以酸/堿水解產(chǎn)生的還原糖與酶解轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的還原糖質(zhì)量之和占酶解前生物質(zhì)質(zhì)量百分比表示，總還原糖利率/%=(酸/堿水解產(chǎn)生的還原糖質(zhì)量+酶解轉(zhuǎn)化的還原糖質(zhì)量)÷酶解前稱取的樣品質(zhì)量×100%

1.3數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方法采用Excel和SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(M±SE)表示，對(duì)不同預(yù)處理的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)Duncan檢驗(yàn)比較差異，不同處理間的差異(p＜0.05)以小寫字母表示。

2結(jié)果與分析

2.1不同預(yù)處理后樣品質(zhì)量損失和酶解轉(zhuǎn)化效率變化預(yù)處理是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用的必要手段，其主要目的是通過預(yù)處理破壞木質(zhì)纖維素的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，降低纖維素結(jié)晶度，提高纖維素酶的效率［16］。預(yù)處理過程中，不同方式對(duì)酶的催化作用有著不同的效果，酶解轉(zhuǎn)化效率能有效表征不同樣品對(duì)纖維素酶的敏感程度。轉(zhuǎn)化率反映了單位質(zhì)量生物質(zhì)酶解釋放可發(fā)酵糖的能力，因此以轉(zhuǎn)化率表示不同預(yù)處理方法對(duì)生物質(zhì)的改性程度。為了評(píng)價(jià)3種預(yù)處理方法對(duì)檸條酶解效果的差異，比較了預(yù)處理前后檸條的轉(zhuǎn)化率變化情況，同時(shí)考查了預(yù)處理對(duì)樣品重量的影響，結(jié)果見圖1～3。經(jīng)不同濃度稀H2SO4處理的樣品失重率與酶解轉(zhuǎn)化率如圖1所示。由圖1可以看出，稀硫酸處理導(dǎo)致檸條重量損失顯著，樣品失重率隨稀H2SO4濃度增加呈上升趨勢(shì)，硫酸處理后固體殘?jiān)拿附廪D(zhuǎn)化率與硫酸濃度無顯著相關(guān)性。稀硫酸能夠有效去除木質(zhì)纖維素中的半纖維素成分，因此0.1%H2SO4處理即可引起檸條失重率達(dá)15.1%，處理程度增加也會(huì)導(dǎo)致部分纖維素組分的水解，1%硫酸處理時(shí)失重率達(dá)到40.8%。從酶解轉(zhuǎn)化率來看，一定濃度的稀硫酸預(yù)處理雖然能夠促進(jìn)檸條酶解糖化，但對(duì)檸條酶解效率的提高幅度不大，小于0.5%的硫酸處理時(shí)，酶解效率隨硫酸濃度增加而升高;經(jīng)0.5%H2SO4處理后的固體殘?jiān)附庑侍岣咦铒@著，酶解轉(zhuǎn)化率比對(duì)照提高了20.3%;但隨著硫酸濃度進(jìn)一步提高，半纖維素被消化的越多，固體殘?jiān)心举|(zhì)素含量相對(duì)升高，不利于酶解，酶解效率反而降低。因此，0.5%H2SO4是檸條酸法預(yù)處理的適宜濃度。經(jīng)不同濃度NaOH處理的樣品失重率與酶解轉(zhuǎn)化率變化如圖2所示。從失重率的變化可以看出，隨著NaOH濃度的升高檸條失重率逐漸升高，當(dāng)NaOH濃度提高至2.5%時(shí)，繼續(xù)提高NaOH處理的濃度，檸條的失重率基本維持不變。轉(zhuǎn)化率隨NaOH處理濃度的變化顯示，堿處理能夠顯著提高檸條酶解轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率隨堿用量增加而持續(xù)升高，5%NaOH處理后的檸條酶解轉(zhuǎn)化率最高，比未經(jīng)處理的原材料提高了147.3%，達(dá)13.6%。經(jīng)黃孢原毛平革菌處理不同時(shí)間的樣品失重率與酶解后還原糖轉(zhuǎn)化率如圖3所示。由圖3可知，白腐真菌處理后檸條平茬廢棄物的失重率持續(xù)升高，最高為處理6周的樣品，失重率達(dá)42.4%;酶解轉(zhuǎn)化率也均顯著高于對(duì)照，最高的是處理6周的樣品，比未經(jīng)處理的原料提高了48.6%，其次是處理3周的樣品提高了38.1%。因此，白腐真菌處理6周是檸條平茬廢棄物微生物法預(yù)處理的適宜時(shí)間。綜合比較圖1～3可以發(fā)現(xiàn)，從處理后固體殘?jiān)拿附廪D(zhuǎn)化效率來看，三種預(yù)處理方法對(duì)酶解效率的影響程度順序是:堿＞白腐真菌＞酸;其中，5%NaOH處理后樣品的轉(zhuǎn)化率最高，達(dá)13.6%，比原材料提高了147.3%。

2.2預(yù)處理前后檸條的木質(zhì)纖維素含量為探究各樣品酶解轉(zhuǎn)化率提高的關(guān)鍵因素，進(jìn)一步測(cè)定了原料和經(jīng)不同預(yù)處理后樣品的木質(zhì)纖維素成分，各組成分含量見圖4。從圖4可以看出，檸條平茬廢棄物的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素等3種主要成分占90%以上，近似于木材，其中半纖維素含量最高達(dá)34.1%，其次是木質(zhì)素32.7%。檸條中的可轉(zhuǎn)化底物(纖維素與半纖維素)含量略高于玉米(Zeamayz)秸稈［17］，具有潛在的能源化利用價(jià)值。檸條為多年生灌木樹種，其木質(zhì)素含量遠(yuǎn)高于1年生的玉米秸稈，也高于多年生常綠樹種毛竹(Phyllostachysheterocyclacv.pubescens)［18］，不利于可轉(zhuǎn)化底物的釋放和利用，這是檸條作為飼料的利用率低下的關(guān)鍵原因。檸條的高木質(zhì)素含量可能與檸條生長(zhǎng)在干旱半干旱的環(huán)境有關(guān)，研究表明干旱脅迫時(shí)植物可以通過提高木質(zhì)素含量來減少水分損失，抵御干旱帶來的不利影響。2#和3#為硫酸處理后的樣品，硫酸處理后檸條中的纖維素和木質(zhì)素含量升高，而且隨著處理強(qiáng)度增加，硫酸對(duì)纖維素的水解程度增加，半纖維素含量顯著降低，其中樣品3#的半纖維素含量最低，為2.4%，比對(duì)照降低了93.0%，說明0.5%硫酸處理已經(jīng)基本完全除去了檸條中的半纖維素，進(jìn)一步增加硫酸濃度對(duì)預(yù)處理效果影響不大。4#～6#為堿處理的樣品，經(jīng)堿處理后，檸條中纖維素含量顯著升高，酸不溶性木質(zhì)素AIL含量顯著降低，其中，樣品6#的纖維素含量最高，達(dá)50.2%，AIL木質(zhì)素含量最低，為21.0%，說明2.5%NaOH處理能夠有效去除檸條中木質(zhì)素，導(dǎo)致纖維素含量相對(duì)增加。經(jīng)白腐真菌處理后，纖維素和半纖維素含量均降低，說明白腐真菌降解檸條中的纖維素與半纖維素來獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);L含量顯著高于所有處理后樣品及原料，說明白腐真菌能使檸條木質(zhì)素顯著改性，該過程主要是以微生物胞外酶為主導(dǎo)的酶促反應(yīng)，條件溫和，速度緩慢。不同預(yù)處理后檸條中的半纖維素含量均顯著降低，L含量均有所增加，說明檸條中的半纖維素比較容易被破壞，不同預(yù)處理均能改性木質(zhì)素。結(jié)合不同預(yù)處理后酶解轉(zhuǎn)化率和主要成分的變化情況可以發(fā)現(xiàn)，預(yù)處理后木質(zhì)素的脫除與改性是提高檸條酶解效率的關(guān)鍵因素。

2.3不同預(yù)處理樣品的總還原糖得率除酶解轉(zhuǎn)化率外，樣品的質(zhì)量損失在預(yù)處理方法評(píng)價(jià)中也是需要考慮的重要因素，因?yàn)閹缀跛械哪举|(zhì)纖維素預(yù)處理方法都無法避免樣品質(zhì)量損失，造成可轉(zhuǎn)化底物的流失。總還原糖得率以預(yù)處理前生物質(zhì)質(zhì)量為基礎(chǔ)，綜合考慮預(yù)處理后從液體部分和固體部分酶解所獲取的總還原糖量?？傔€原糖得率的計(jì)算過程引入了預(yù)處理引起的質(zhì)量損失，能夠從可轉(zhuǎn)化物質(zhì)產(chǎn)出的角度綜合評(píng)價(jià)不同預(yù)處理方法。稀硫酸處理樣品后，半纖維素(主要多糖是木聚糖)被水解生成單糖和可溶性低聚糖［20］，因此水解液中會(huì)含有木糖等還原糖，經(jīng)稀H2SO4處理后總還原糖得率需要同時(shí)考慮水解液中糖得率和濾渣經(jīng)酶解后糖得率。收集水解液用DNS法測(cè)其中還原糖含量并根據(jù)處理前樣品質(zhì)量計(jì)算水解液中還原糖得率，結(jié)果見圖5(A)。由圖5(A)可知，稀硫酸處理水解液中還原糖得率也隨H2SO4濃度增大而增加。H2SO4濃度從0.1%增加到0.5%時(shí)，水解液中還原糖得率增加顯著;當(dāng)H2SO4濃度達(dá)到0.5%以后，繼續(xù)增加其濃度，水解液中還原糖得率提高不大。結(jié)果表明，當(dāng)H2SO4濃度達(dá)到0.5%時(shí)，增大其濃度樣品中基本無還原糖繼續(xù)釋放，可能是因?yàn)樵诖颂幚頋舛认掳肜w維素已經(jīng)基本水解完全，繼續(xù)增加處理強(qiáng)度只能引起部分纖維素非結(jié)晶區(qū)的水解。合并H2SO4處理后水解液中還原糖得率和濾渣經(jīng)酶解后的還原糖得率，即為不同濃度稀H2SO4處理后的總還原糖得率，結(jié)果見圖5(B)。由圖5(B)可知，當(dāng)H2SO4濃度在0～0.5%之間時(shí)，增加其濃度，所對(duì)應(yīng)的總還原糖得率也隨之增大而且增加速度較快;當(dāng)H2SO4濃度大于0.5%時(shí)，繼續(xù)增加H2SO4濃度，總還原糖得率變化不顯著。H2SO4濃度為0.5%時(shí)總還原糖得率最高，為17.9%，是未處理原料的3.3倍。經(jīng)NaOH處理后，濾液中主要為木質(zhì)素水解的產(chǎn)物，經(jīng)測(cè)定其中基本不含有糖類物質(zhì)，因此，堿處理樣品的總還原糖全部來源于處理后濾渣用纖維素酶水解產(chǎn)生的糖，總還原糖得率見圖6。由圖6可知，0.5%～5.0%NaOH處理能有效提高檸條的總還原糖得率，濃度為0.5%和1%NaOH處理后樣品的總還原糖得率最高，達(dá)8.5%，比對(duì)照提高了55.6%;其次是經(jīng)濃度為5%和2.5%NaOH處理后的樣品。白腐菌處理后樣品總還原糖得率變化情況見圖7。由圖7可以看出，白腐菌處理3周的樣品總還原糖得率最高，為5.8%，但與對(duì)照相比沒有顯著性差異;延長(zhǎng)生物處理時(shí)間到4～6周后，總還原糖得率降低且顯著低于未經(jīng)處理的對(duì)照樣品。這可能是由于白腐菌在破壞生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程中，通過分泌胞外纖維素酶水解其中的纖維素，獲得葡萄糖作為碳源和能源，導(dǎo)致處理后樣品的可水解底物減少，致使總還原糖得率不斷降低。綜合分析比較圖5～7可知，3種預(yù)處理方法對(duì)于檸條平茬廢棄物總還原糖得率的影響程度排序是，酸＞堿＞白腐真菌;其中，0.5%H2SO4處理后總還原糖得率最高，可達(dá)17.9%，比未處理原料提高2.3倍。

3結(jié)語

篇7

關(guān)鍵詞 煙草；煙桿；纖維素酶；協(xié)同降解作用

中圖分類號(hào) Q93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）11-0225-03

Abstract In order to reuse the waste tobacco stalk，several microbial strains can use waste tobacco rod high-temperature aerobic composting were screened，preliminary detection of several decomposed strains was conducted，and the further testing for strains synergistic effect of the combination and proportion was carried out.The results showed that three groups of degradation of tobacco stalk cellulose strains can grow in the culture medium which with tobacco stems as the sole source of nutrition，and has strong cellulose degradation ability，number of strains were H2568，B1，M1.Synergistic test indicated when biomass ratios of H2568，B1，M1 with 1.0∶1.0∶1.5，combination with the strongest degradation of the cigarette rod ability，the degradation rate of cellulose，hemicellulose degradation rate，lignin degradation rate reached 56%，70%，33%，the highest fiber prime enzyme activity reached 625.44 U/mL.

Key words tobacco；tobacco stalk；cellulase；synergistic degradation

煙草不僅是一種極具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的作物，而且也是具有科研價(jià)值的一年生模式植物[1]。我國(guó)的煙草種植量和生產(chǎn)量穩(wěn)居世界首位，在煙草采收和運(yùn)輸?shù)倪^程中，大量的煙桿會(huì)被放棄或焚燒，即污染環(huán)境又造成資源浪費(fèi)[2-3]。如何再充分利用這些廢棄煙桿，成為目前迫切需要研究解決的課題。楊政明[4]、詹其厚[5]、張從軍[6]等利用煙桿中含有大量的氮、磷、鉀及微量元素的特性，利用廢棄煙草生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥分別在核桃、夏玉米、水稻上施用取得了較好的肥效，并使農(nóng)作物產(chǎn)量顯著增加。但是又因煙桿中含有77.4%纖維素和半纖維素、18.63%木質(zhì)素[7]，顯著高于禾本科作物秸稈中木質(zhì)素含量，因此其難以被充分利用[8]。張楠[8]、周熠[9]對(duì)煙桿中纖維素進(jìn)行了降解并取得了不錯(cuò)的效果，但纖維素的降解率不到40%，理論上還有一定的提升空間。因此，本研究通過組合高效的好氧纖維素、半纖維素、木質(zhì)素降解組合菌群，考察其對(duì)煙桿的降解效果并優(yōu)化其組合比例，以便開發(fā)能夠利用廢棄煙桿制作高溫好氧堆肥的高效微生物菌劑[10]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所有煙桿由中南煙草試驗(yàn)站提供。培養(yǎng)基：細(xì)菌培養(yǎng)基為0.5% NaCl，0.5%牛肉膏，1%蛋白胨，蒸餾水100 mL，pH=7；真菌培養(yǎng)基為綜合PDA瓊脂培養(yǎng)基（20%馬鈴薯提取液，2%葡萄糖，0.3% KH2PO4，0.15% MgSO4?7H2O，0.02%維生素B1，蒸餾水100 mL，pH=7）。煙桿選擇培養(yǎng)基為10%煙桿，蒸餾水100 mL，瓊脂粉2.0%，調(diào)pH值至7。煙桿液體發(fā)酵培養(yǎng)基為10%煙桿，蒸餾水100 mL，調(diào)pH值至7。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 菌種初步篩選。從土壤、腐熟的煙桿、剛屠宰的牛的胃部以及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的纖維素降解菌中篩選能降解煙桿的菌種。將各菌株分別接種1環(huán)到2種種子液培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度分別為25、37 ℃，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，發(fā)酵24 h后，各取種子液0.1 mL涂布在煙桿選擇培養(yǎng)基上，分別在25、37 ℃培養(yǎng)，3 d后觀察菌種生長(zhǎng)情況。選擇能在煙桿選擇培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的菌種進(jìn)行下一步煙桿液體發(fā)酵試驗(yàn)。

1.2.2 不同菌株煙桿液體發(fā)酵試驗(yàn)。將各菌株種子液以10%的接種量接種到煙桿液體發(fā)酵培養(yǎng)基培養(yǎng)，發(fā)酵10 d后以4 000 r/min離心10 min，取上清液1 mL適量稀釋，用DNS法測(cè)定還原糖，選取還原糖含量較高的菌株進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

1.2.3 各菌拮抗性試驗(yàn)。將活力較高的菌株進(jìn)行兩兩拮抗性試驗(yàn)，利用抑菌圈法在蛋白胨、牛肉膏培養(yǎng)基（37 ℃）和PDA培養(yǎng)基（25 ℃）上培養(yǎng)24 h后，觀察菌株相互拮抗的情況。

1.2.4 不同組合菌煙桿液態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)。將無明顯拮抗性作用的菌株做三菌種組合和四菌種組合發(fā)酵試驗(yàn)，把混合種子液于37 ℃、180 r/min擴(kuò)大培養(yǎng)24 h，按接種量10%的煙桿液體發(fā)酵15 d，測(cè)定發(fā)酵液中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素降解率，選出降解效率較高的4組菌種進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

1.2.5 組合菌酶活力與發(fā)酵時(shí)間的關(guān)系。將選取的最佳組合菌在37 ℃、180 r/min條件下進(jìn)行煙桿液體發(fā)酵15 d，間隔測(cè)定發(fā)酵過程中的纖維素酶活力。

1.2.6 組合菌酶活力與發(fā)酵溫度的關(guān)系。將選取的最佳組合菌分別在40、50、60 ℃及其他條件不變的條件下發(fā)酵11 d，測(cè)定纖維素酶活力，判斷所選組合菌是否具有耐高溫性。

1.3 分析方法

1.3.1 纖維素、半纖維素、木質(zhì)素定量分析方法。通過測(cè)定還原糖的增加量可以初步挑選出更能高效降解煙桿的菌種，但是為了更詳細(xì)地了解煙桿中主要成分的降解情況[11]，下一步試驗(yàn)以纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的降解率為主要試驗(yàn)指標(biāo)[12]。圖1為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素定量分析方法。

1.3.2 纖維素酶活性測(cè)定方法。取10 mL發(fā)酵液用離心機(jī)4 000 r/min離心10 min，取上清液1 mL稀釋25倍制成待測(cè)酶液。取4支25 mL刻度具塞試管（2支平行管、1支空白管）。分別向所有管中加入CMC-Na溶液2.00 mL，再加入稀釋好的待測(cè)酶液0.50 mL（空白管不加），用漩渦混勻器混勻，蓋塞。（50.0+0.1）℃水浴30 min后，加入DNS試劑3.0 mL，于空白管中加入待測(cè)酶液0.50 mL，搖勻。沸水浴10 min后，迅速冷卻至室溫，用水定容至25 mL，以空白管調(diào)儀器零點(diǎn)，在分光光度計(jì)波長(zhǎng)540 nm下，用10 mm比色杯分別測(cè)量樣品管中樣液的吸光度，取平均值。通過用線性回歸方程求出纖維素酶活[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙桿化學(xué)組成分析

首先對(duì)提供的樣品進(jìn)行了部分化學(xué)組成的檢測(cè)，尤其是對(duì)于纖維素類的物質(zhì)成分進(jìn)行了定量分析。在提供的煙桿樣品中，總纖維素含量達(dá)到77.44%，木素含量大約為18.63%，果膠含量為3.89%，苯-醇溶出物含量為3.21%，另外還有5%左右的灰分?？梢?，煙桿中含有豐富的纖維素類物質(zhì)資源，如果能夠?qū)@些纖維素降解后加以利用，完全可以提高煙桿廢棄物的利用價(jià)值。

2.2 纖維素菌的篩選

在篩選出來的微生物中有11組菌種能利用煙桿生長(zhǎng)，將其分別編號(hào)為H2568、H1249、H1348、H1764、H4479、B1、M1、N1、Y1、Y2、Y3。進(jìn)行下一步煙桿液體發(fā)酵試驗(yàn)以確定所需纖維素菌。

2.3 纖維素菌的確定

初步篩選的11組菌株在降解煙桿多糖生成還原糖的能力上差異較為顯著。從圖2可以看出，這些微生物生成還原糖的量從高到低的順序依次為B1、M1、H2568、N1、H1249、H1348、Y3、H1764、H4479、Y2、Y1。選取其中降解能力最強(qiáng)的5株菌H1249、H2568、B1、M1、N1，作為下一步菌種協(xié)同降解作用的基礎(chǔ)進(jìn)行拮抗試驗(yàn)。

2.4 不同菌種拮抗結(jié)果

有很多試驗(yàn)研究表明，復(fù)合菌群較單一菌的降解能力強(qiáng)，特別是針對(duì)纖維素、木質(zhì)素等需多種酶協(xié)同降解的物質(zhì)，不同菌種組合起來可以起到補(bǔ)充和加強(qiáng)分解的作用。但在同一生長(zhǎng)環(huán)境下，不同菌株之間產(chǎn)生拮抗性作用會(huì)抑制其自身生長(zhǎng)和產(chǎn)酶活力。利用菌株之間不相容性，進(jìn)行拮抗性試驗(yàn)，從表1可以看出：H1249與B1拮抗，選取相對(duì)降解能力更強(qiáng)的B1。得到所需的4株無明顯拮抗性的菌株H2568、B1、M1、N1，可用于下一步菌種組合研究。

2.5 半纖維素、木質(zhì)素和纖維素的降解情況

在多菌株協(xié)同降解試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)H2568、B1和M1這3種菌種以等量進(jìn)行組合時(shí)能夠取得較好的降解效果（圖3），纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的降解率分別達(dá)到了47%、63%、26%。因此，對(duì)煙桿纖維素降解效果最為理想的協(xié)同菌群組合確定為H2568+B1+M1。

2.6 組合菌酶活力與發(fā)酵時(shí)間的關(guān)系

將上述試驗(yàn)中確定的最佳組合菌H2568-B1-M1煙桿液體發(fā)酵15 d[14]，觀察其發(fā)酵過程中酶活力的變化情況（圖4），發(fā)酵第11天時(shí)，發(fā)酵體系中纖維素酶的活力最高，達(dá)到625.44 U/mL，隨后酶活力開始逐步降低。

2.7 組合菌酶活力與發(fā)酵溫度的關(guān)系

高溫對(duì)菌株的生長(zhǎng)與產(chǎn)酶不利，但由于現(xiàn)階段煙桿大多處理方式為堆肥，那么固態(tài)發(fā)酵所需升溫過程不能避免，因此需要篩選出的組合菌能夠耐高溫來適應(yīng)固態(tài)堆肥。從圖5可以看出，在發(fā)酵11 d后，H2568-B1-M1的纖維素酶活不可避免的受到高溫影響，但是即使在60 ℃下仍能達(dá)到250.47 U/mL。組合菌耐高溫試驗(yàn)證明了H2568-B1-M1能長(zhǎng)期保持較高的纖維素酶活力且耐高溫。

2.8 菌量比例對(duì)協(xié)同降解作用的影響

確定H2568、B1與M1為最佳的菌種組合后，對(duì)其接種時(shí)的比例進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。從圖6可以看出，H2568、B1與M1以1.0∶1.0∶1.5的比例組成煙桿發(fā)酵種子液時(shí)，取得了最佳效果。其纖維素降解率、半纖維素降解率、木質(zhì)素降解率分別達(dá)到56%、70%、33%，較1.0∶1.0∶1.0配比時(shí)的降解能力顯著提升。

3 結(jié)論與討論

煙葉產(chǎn)量的增加同時(shí)產(chǎn)生了大量的廢棄煙桿。由于煙桿不易腐爛也不能直接用于肥田，因而絕大部分都是作為廢棄物被丟棄或焚燒，這不僅不同程度地污染了當(dāng)?shù)氐纳钌a(chǎn)環(huán)境，也造成了資源的浪費(fèi)。經(jīng)試驗(yàn)證明通過微生物發(fā)酵將煙桿中的大分子物質(zhì)降解，將纖維素、半纖維素、木質(zhì)素降解為小分子的單糖，使卷煙制造產(chǎn)生的廢棄物轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急需的有機(jī)肥，具備廣闊的生產(chǎn)應(yīng)用前景。而煙桿中有機(jī)質(zhì)的降解依賴于微生物是否產(chǎn)生多種酶系和產(chǎn)各種酶系活力的強(qiáng)弱?；诶w維素酶的復(fù)雜性，大量試驗(yàn)證明，復(fù)合菌液體發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶活力高于單菌株，在同一生長(zhǎng)環(huán)境下，相互依賴，共同生長(zhǎng)，達(dá)到良好的協(xié)調(diào)作用。因此，篩選出無明顯拮抗、耐高溫、長(zhǎng)時(shí)間具備高酶活且能高效降解煙桿的組合菌是試驗(yàn)的基礎(chǔ)。在自然環(huán)境中常見的纖維素分解細(xì)菌大多為食纖維菌屬、生孢食纖維菌屬、多囊菌屬、鐮狀纖維菌屬與纖維弧菌屬。具有很強(qiáng)的纖維素分解能力的真菌主要有木霉、鐮刀霉、青霉、曲霉、毛霉、葡萄孢霉等屬的菌種。本試驗(yàn)前期篩選了多種能降解纖維素的細(xì)菌、真菌用于進(jìn)一步測(cè)試它們對(duì)煙桿的降解能力。因此，確定最佳的降解煙桿組合菌是為下一步研究提供了根本的基礎(chǔ)。本試驗(yàn)中纖維素酶活力和還原糖的生成量能說明菌種自身降解能力的強(qiáng)弱，從另一角度總纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的變化情況反映了組合菌的降解效率。H2568-B1-M1以1.0∶1.0∶1.5的比例進(jìn)行煙桿液體發(fā)酵，11 d后其纖維素降解率、半纖維素降解率、木質(zhì)素降解率分別達(dá)到56%、70%、33%，說明經(jīng)H2568-B1-M1產(chǎn)生多種酶系，促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的降解，對(duì)煙桿的降解取得了較顯著效果，進(jìn)一步提高纖維素酶活力，增加還原糖的生成量，提高纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的降解率，為進(jìn)一步進(jìn)行煙桿固體發(fā)酵奠定基礎(chǔ)。

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篇8

一、纖維素成紙的原理

造紙的原料是植物纖維,主要由纖維素構(gòu)成。纖維素是由葡萄糖分子通過β1,4糖苷鍵連接而形成的葡聚糖,結(jié)構(gòu)式如圖1所示,其中n為聚合度。它不溶于水及一般有機(jī)溶劑,在酸中不穩(wěn)定,在堿中穩(wěn)定。纖維素分子中含有大量親水性很強(qiáng)的羥基（圖2A）。當(dāng)植物纖維經(jīng)提純并分散于水介質(zhì)中時(shí),這些羥基發(fā)生吸水作用,使纖維潤(rùn)脹（圖2B）。當(dāng)纖維素分子相互靠近時(shí),相鄰兩個(gè)分子中的羥基氧原子通過水橋把水分子拉在一起（圖2C）,這就是紙漿用簾子撈出并濾去多余水分后,簾子上所形成濕紙層的內(nèi)部狀態(tài)。由于水橋的作用力不強(qiáng),因此濕紙層的物理強(qiáng)度不大。濕紙層烘干后,纖維素分子間直接形成氫鍵（圖2D）,纖維素分子相互緊密交結(jié),成為具有一定強(qiáng)度的紙張。

二、工業(yè)造紙工藝簡(jiǎn)介

現(xiàn)代工業(yè)造紙工藝包括制漿、調(diào)制、抄造、加工等主要步驟。

1.制漿

制漿為造紙的第一步,是將木材轉(zhuǎn)變成紙漿,使纖維分離。常用方法有機(jī)械制漿法、化學(xué)制漿法和半化學(xué)制漿法。其中,化學(xué)制漿法是用化學(xué)藥品的水溶液在一定溫度和壓力下處理植物纖維原料,將原料中的木素和果膠以及油脂、樹脂等溶出,并盡可能地保留纖維素和不同程度地保留半纖維素,使原料纖維彼此分離成漿。我國(guó)制漿工業(yè)主要采用堿法制漿,用堿性化學(xué)試劑的水溶液處理植物纖維原料。常用的堿性化學(xué)試劑有NaOH以及NaOHNa2S。

2.調(diào)制

這是造紙的另一重要步驟,目的是調(diào)整產(chǎn)品紙張的強(qiáng)度、色調(diào)、印刷性和保存期限,一般可分為散漿 、打漿、施膠與加填等步驟。以打漿為例,其原理是用機(jī)械力將纖維細(xì)胞壁和纖維束打碎,并將過長(zhǎng)的纖維切短,以使纖維素潤(rùn)脹和細(xì)纖維化,更多的羥基暴露出來形成氫鍵,提高纖維的柔軟性和可塑性。

3.抄造

這一步驟是使稀的紙料均勻地交織,并脫水,最后得到紙張。將紙漿和輔料分散于水懸浮液中,然后在紙機(jī)網(wǎng)上成形,經(jīng)壓榨、干燥而抄成紙的方法稱為濕法抄紙。近明出干法抄造工藝,使用膠黏劑將纖維黏結(jié)在一起,可以保證成紙的強(qiáng)度。

三、香蕉皮的組成及處理原理

香蕉皮所含主要成分為纖維素（58.5%～76.1%）、半纖維素（28.5%～22.9%）、木質(zhì)素（4.8%～6.13%）,還有果膠及樹脂等。用香蕉皮造紙,利用的是它含有的纖維素,其他非纖維素成分對(duì)會(huì)對(duì)紙的質(zhì)量產(chǎn)生不良影響,所以都需要除去。堿法蒸煮的主要目的是利用堿性化學(xué)試劑盡可能地除去纖維原料中的木質(zhì)素,半纖維素及果膠也可與堿發(fā)生反應(yīng),此外樹脂、蠟、脂肪等也因發(fā)生皂化反應(yīng)而脫除。下面介紹利用氫氧化鈉去除木質(zhì)素、半纖維素及果膠這三類主要雜質(zhì)的原理。

1.去除木質(zhì)素

木質(zhì)素是由4種醇單體（對(duì)香豆醇、松柏醇、5-羥基松柏醇、芥子醇）形成的芳香族高分子聚合物,在無機(jī)酸中穩(wěn)定性高。有時(shí)會(huì)發(fā)生縮聚反應(yīng),呈三維網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)。木質(zhì)素的存在可大大降低紙的強(qiáng)度和壽命,而且它很易氧化形成色素,使紙張老化、變色并發(fā)脆。氫氧化鈉與木質(zhì)素作用,使木質(zhì)素分子鏈中的氧橋斷裂,產(chǎn)生具有酸性的酚羥基,其可形成鈉鹽,溶于堿液中,從而得以去除。以愈創(chuàng)木基木質(zhì)素為例,堿處理反應(yīng)為：

2.去除半纖維素

半纖維素是能溶于稀堿的低分子量聚糖類物質(zhì)。紙漿中半纖維素的含量增大會(huì)降低產(chǎn)品紙的機(jī)械強(qiáng)度,但半纖維素在水中的潤(rùn)脹性能好,有利于打漿,所以在工業(yè)制漿過程中需適當(dāng)保留半纖維素。半纖維素可溶于燒堿溶液,比纖維素更易水解,在燒堿溶液中徹底水解后可得到戊糖、己糖以及某些戊糖和己糖的衍生物等。以聚木糖為例,堿處理反應(yīng)為：

3.去除果膠

果膠是由不同酯化度的半乳糖醛酸以α1,4糖苷鍵聚合而成的多糖物質(zhì),多以難溶性的鈣鹽、鎂鹽或酯類形式存在。果膠如不除去,會(huì)使纖維粗硬或成束。堿液可使果膠酸的鈣鹽、鎂鹽水解為可溶性果膠酸鈉鹽而除去,也可通過使果膠大分子斷裂而除去。以酯類形式存在的果膠為例,其溶于堿的反應(yīng)為：

四、香蕉皮造紙學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）了解造紙工業(yè)中堿煮工藝的化學(xué)原理。

（2）體驗(yàn)造紙的基本過程,熟悉造紙的基本方法。

（3）學(xué)習(xí)打漿機(jī)的操作方法和金屬網(wǎng)的使用技巧。

（4）建立環(huán)保意識(shí),體會(huì)充分利用資源的重要性。

2.儀器和藥品

儀器：家用打漿機(jī)（奶昔機(jī)）,600目金屬篩網(wǎng),電熱烘箱,燒杯,玻璃棒,電熱套。

藥品：半熟香蕉皮,40%氫氧化鈉溶液,pH試紙。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）切分：取80 g新鮮香蕉皮,切分至盡量小的碎塊。

（2）打漿：向香蕉皮碎塊中加入水,至剛好浸沒過碎塊。用打漿機(jī)打漿3～5 min,至呈可緩慢流動(dòng)的漿液狀。

（3）堿煮：將漿液與濃度為40%的氫氧化鈉溶液等體積混合,加熱煮沸90 min以上。

（4）過濾：用600目金屬篩網(wǎng)（大于100目即可）過濾,所得不溶物質(zhì)的主要成分即為纖維素。

（5）洗滌：用清水沖洗金屬篩網(wǎng)中的纖維,至纖維的pH為中性。

（6）浸潤(rùn)：將洗滌后的纖維連同篩網(wǎng)在清水中浸泡8～10 min,使纖維潤(rùn)脹并洗去殘余的金屬離子。

（7）上網(wǎng)：將浸潤(rùn)后的纖維漿液搖勻,使其均勻地平鋪在金屬篩網(wǎng)上,厚度以可完全覆蓋住金屬篩網(wǎng)的網(wǎng)眼為宜。注意厚度不宜過小,否則不能成片。也不易過大,否則較難干燥。

（8）干燥：將平鋪均勻的纖維漿液置于電熱培養(yǎng)烘箱中,50℃下干燥60～70 min,即得到紙片。

4．說明

（1）筆者根據(jù)已有的工業(yè)制紙方法及可食性膳食纖維紙的制備方法反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),摸索藥品試劑的用量、每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟所需的時(shí)間及其他實(shí)驗(yàn)條件,最后總結(jié)出以上利用香蕉皮制紙的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)方案。

（2）本法制得的香蕉纖維紙呈淺灰色,基本具備了紙張的功能,可折疊而不斷裂,可流暢地在上面書寫。但書寫力度過大會(huì)導(dǎo)致紙張破裂,用力拉扯也可使其斷裂。

（3）提高產(chǎn)品紙張質(zhì)量的方法

① 去除表面殘留的膠質(zhì)

可在堿煮之前采用果膠酶預(yù)先去除果膠：將果膠酶與香蕉皮漿液以1:10的比例混合,在pH為7,溫度為55℃的條件下水浴加熱1 h。

② 提高白度

提高堿液濃度,延長(zhǎng)堿煮時(shí)間,可提高白度。也可以在堿煮后向漿液中加入次氯酸鈉進(jìn)行漂白。

③提高柔軟度和強(qiáng)度

打漿時(shí)使?jié){液盡量細(xì),可提高柔軟度?？刂七m宜的干燥時(shí)間,時(shí)間太短干燥不充分,不能成紙。而時(shí)間過長(zhǎng)紙張含水量會(huì)過低,強(qiáng)度較差,柔軟度也差。可加入增強(qiáng)劑提高強(qiáng)度,如加入聚丙烯酰胺和改性三聚氰胺甲醛樹脂。

參考文獻(xiàn)

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篇9

關(guān)鍵詞：纖維、瀝青混合料、路用性能、改善

中圖分類號(hào)：TQ177.6+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1引言

纖維應(yīng)用于瀝青混合料能夠取得良好的路用性能，在穩(wěn)定性、耐久性、疲勞性能以及抗沖擊性能上都有顯著的改善，但我國(guó)的路用纖維研究總體上落后于國(guó)外，特別在有機(jī)纖維、植物纖維以及礦物纖維的性能及應(yīng)用研究上。鑒于纖維在道路上的優(yōu)點(diǎn)以及前景，本文通過選取木質(zhì)素纖維、聚酯纖維、礦物纖維等三種道路纖維進(jìn)行了馬歇爾試驗(yàn)、高溫車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，用以評(píng)價(jià)不同纖維改善瀝青混合料的性能，為我國(guó)的道路行業(yè)提供指導(dǎo)性的研究結(jié)果。

2材料

2．1 瀝青

本試驗(yàn)采用盤錦AH-90#重交通瀝青.

2.2 集料

本試驗(yàn)采用陜西石灰?guī)r、機(jī)制砂和礦粉。本實(shí)驗(yàn)的混合料礦料級(jí)配均采用AC-13中值。

2.3 纖維

本試驗(yàn)采用的三種纖維主要性能技術(shù)指標(biāo)如表2所示

表2三種纖維的主要技術(shù)指標(biāo)

2.4最佳纖維用量

本研究通過長(zhǎng)安大學(xué)張超教授提出的“應(yīng)變能指標(biāo)”[2]確定三種纖維的最佳纖維用量。在最佳纖維用量下，制作馬歇爾試件，其馬歇爾技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 不同纖維在最佳用量下的瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)

3路用性能試驗(yàn)分析

為了對(duì)比檢驗(yàn)不同類型纖維對(duì)瀝青混合料路用性能的改善效果，根據(jù)每種纖維各自的最佳含量下，對(duì)其混合料的各種路用性能指標(biāo)進(jìn)行分析研究。

3.1高溫車轍試驗(yàn)及分析

車轍試驗(yàn)是評(píng)價(jià)瀝青混合料在規(guī)定溫度條件下的抵抗塑性流動(dòng)變形的能力方法，一般認(rèn)為瀝青混合料的車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)與瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性呈正相關(guān)的關(guān)系[3]。在瀝青混合料中加入不同纖維，比較不同纖維對(duì)瀝青混合料高溫抗車轍性能的改進(jìn)作用以及不同纖維改進(jìn)作用的差別。其車轍試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 不同纖維瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

試驗(yàn)結(jié)果分析：纖維的加入對(duì)混合料的高溫穩(wěn)定性均有一定的改善提高。不同纖維對(duì)混合料的高溫穩(wěn)定性影響不同。在三種纖維中影響最為顯著的是聚酯纖維。聚酯纖維對(duì)混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高了27.1％；其次是木質(zhì)素纖維，提高了21.4％；礦物纖維對(duì)混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高了12.9％。纖維的加入對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性均有一定的提高。在這三種纖維中，尤其以聚酯纖維對(duì)混合料的高溫穩(wěn)定性提高最為明顯，其次依次是木質(zhì)素纖維和礦物纖維。

3.2低溫性能試驗(yàn)及分析

低溫彎曲試驗(yàn)作為確定纖維在混合料中最佳含量的試驗(yàn)方法，是評(píng)價(jià)混合料低溫性能的主要指標(biāo)。以剪切試驗(yàn)儀分別對(duì)有機(jī)纖維、植物纖維以及礦物纖維混合料以及無纖維混合料進(jìn)行低溫小梁彎曲試驗(yàn)，研究各種纖維對(duì)瀝青混合料低溫性能的改進(jìn)作用以及不同纖維改進(jìn)作用的差別。三種纖維在各自最佳含量下的混合料低溫彎曲試驗(yàn)性能指標(biāo)如表5所示：

表5 三種纖維在各自最佳含量下的混合料低溫彎曲試驗(yàn)性能指標(biāo)如表

試驗(yàn)結(jié)果分析：

三種纖維瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度都有不同程度的提高，聚酯纖維具有良好的力學(xué)性能，均勻的分散在瀝青混合料中，提高了瀝青混合料的整體的力學(xué)性能，聚酯纖維的抗彎拉強(qiáng)度提高最大，比無纖維混合料高出19.6％；木質(zhì)素纖維的抗彎拉強(qiáng)度最小，比無纖維混合料高出8.2％；礦物纖維混合料的比無纖維混合料高出12％

由于瀝青混合料中加入了纖維，纖維瀝青混合料的延展性有明顯改善[4]，纖維瀝青混合料的彎拉應(yīng)變都有增大。其中，木質(zhì)素纖維的拉應(yīng)變最大，高出了無纖維混合料約25.3％；聚酯纖維和礦物纖維的彎拉應(yīng)變相近，比無纖維混合料高出約12％。

由上表可以看出，加纖維的混合料在低溫下的破壞力和勁度模量降低，低溫抗裂性能提高。在環(huán)境溫度較低的條件下，瀝青混合料的勁度模量低一些有利于混合料的低溫表現(xiàn)。三種纖維低溫抗裂性能：聚酯纖維＞木質(zhì)物纖維＞礦物纖維。

在瀝青混合料中加入了纖維，增加了材料之間的粗糙度和摩擦力，使得纖維瀝青混合料的應(yīng)變能都有較大提高，但三種纖維瀝青混合料的差距很小。

3.3水穩(wěn)定性研究

本研究主要通過浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來分析不同纖維對(duì)瀝青混合料的改善影響。

(1)浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

浸水馬歇爾試驗(yàn)是技術(shù)規(guī)范中檢驗(yàn)混合料水穩(wěn)定性的常規(guī)方法。試驗(yàn)方法是采用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法成型直徑101.6±0.2mm、高度63.5±1.3mm的馬歇爾試件，并將試件分別置于60℃的恒溫水浴中浸水保溫30～40min和48h，然后用自動(dòng)馬歇爾穩(wěn)定度實(shí)驗(yàn)儀分別試驗(yàn)上述試件的非條件和條件馬歇爾穩(wěn)定度和，并按照=/* 100計(jì)算試樣的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度，比較不同纖維對(duì)試樣浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度的影響[5]。其測(cè)試結(jié)果如表6所示

表6 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，聚酯纖維和礦物纖維的混合料穩(wěn)定度較高，木質(zhì)素纖維混合料的穩(wěn)定度和普通瀝青混合料的穩(wěn)定度相當(dāng)。浸水馬歇爾指標(biāo)聚酯纖維混合料的殘留穩(wěn)定度較大，其它兩種類型混合料的殘留穩(wěn)定度也維持在90％以上。

(2)凍融劈裂試驗(yàn)

實(shí)踐證明，凍融劈裂試驗(yàn)的殘留強(qiáng)度指標(biāo)與混合料的水穩(wěn)定性有很好的相關(guān)性。該試驗(yàn)是測(cè)定混合料試件在受到水損壞前后劈裂破壞的強(qiáng)度比，以評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。該試驗(yàn)采用馬歇爾擊實(shí)法成型直徑101.6±0.2mm、高度63.5±1.3mm的試件，雙面各擊實(shí)50次、將試件分成兩組，然后計(jì)算條件和非條件下試件的劈裂抗拉強(qiáng)度RT2和RT1，并按照TSR＝（RT2/RT1）*100 計(jì)算無纖維及摻不同纖維的馬歇爾試件的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比[5]，比較其性能，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表7 不同纖維瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

纖維的加入，不同程度的提高了混合料的凍融劈裂強(qiáng)度。其中聚酯纖維瀝青混合料比普通瀝青混合料的約提高了14.5％，木質(zhì)素纖維的提高了25.93％，礦物纖維的提高了25.64％，其抗水損害能力較普通瀝青混合料有明顯的提高。因此，纖維對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性有改善作用。纖維可以吸附部分瀝青，從而增大瀝青用量，提高瀝青飽和度；并且使粘附在礦料上的結(jié)構(gòu)瀝青膜變厚[6]，降低水對(duì)瀝青膠漿的浸蝕破壞作用，增強(qiáng)瀝青膠漿抵抗自然環(huán)境破壞的能力，使混合料抗水損害能力增強(qiáng)。

4結(jié)論

（1）性能對(duì)比試驗(yàn)分析表明，在瀝青混合料中摻人不同纖維后，由于纖維的橋聯(lián)搭接[7]與加筋作用，其水穩(wěn)性、抗車轍能力和低溫抗裂性等均得到了明顯的改善與提高。但是不同的纖維改善和提高的幅度各不相同，通過馬歇爾試驗(yàn)、高溫車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)綜合分析評(píng)價(jià)可得出聚酯纖維的綜合改善效果比礦物纖維和木質(zhì)素纖維好。（2）瀝青混合料中加入纖維，由于纖維加筋穩(wěn)定劑的吸附、穩(wěn)定及多向加筋作用，可以較好地改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，但是對(duì)水穩(wěn)定性的影響效果不是很明顯，在以后的研究中可以嘗試在纖維中加入改性劑來改變?yōu)r青的流變特性。（3） 纖維可以很好的改善瀝青混合料的使用性能，故越來越多的瀝青路面采用纖維瀝青混合料來鋪筑。然而，由于纖維改善瀝青混合料機(jī)理的復(fù)雜，如果纖維的類型選擇不當(dāng)，將嚴(yán)重影響纖維對(duì)瀝青混合料的改善效果。因此，研究不同類型纖維對(duì)瀝青混合料的改善效果對(duì)確保纖維改善瀝青混合料發(fā)揮最大效果具有重要作用.

參考文獻(xiàn)：

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篇10

紙漿造紙工業(yè)因各個(gè)工藝產(chǎn)生的廢水成分不同，處理方法有所不同（如表1所示）[1]。而量大、成分最復(fù)雜、污染最甚者為精選、漂白等工藝的廢水。目前，處理這些廢水大多采用化學(xué)沉淀、活性污泥、藥浮、氣浮等方法。但是，經(jīng)這些方法處理后的廢水往往達(dá)不到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是活性污泥法，由于在夏季幾個(gè)月的高溫影響了活性污泥處理的效率，而活性污泥廠消化處理造紙廢水中的芳香族化合物尤為困難。

近年來，以半透膜為分離介質(zhì)的超濾（UF）、反滲透（RO）、電滲析（ED）等方法處理紙漿、造紙廢水，在國(guó)內(nèi)外都普遍地進(jìn)行了開發(fā)研究[3]。廢水中許多有價(jià)值的化工產(chǎn)品，如木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸鹽、香蘭素等，在膜法處理過程中得以回收，凈化的水可回用于造紙過程。因而，十多年來膜法處理工廠在世界許多國(guó)家的造紙工業(yè)中陸續(xù)建立并投入運(yùn)行。表2列出了丹麥DDS公司生產(chǎn)的膜裝置在世界國(guó)家造紙工業(yè)中運(yùn)行的部分情況[3、4]。據(jù)報(bào)道[4]，到1980年底，僅DDS公司的UF、RO膜用于造紙工業(yè)的面積已經(jīng)達(dá)到約2787m2，通過UF法回收的副產(chǎn)物（以固體計(jì)）達(dá)15000-20000噸/年，回用的水約達(dá)454.6m3/天。由此可見，膜法處理造紙廢水是一種進(jìn)行深度處理的大有前途的新型技術(shù)，已產(chǎn)生驚人的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

表1不同工藝的廢水成分和一般處理方法工藝產(chǎn)生污染的物質(zhì)廢水水質(zhì)成分*處理方法SSBODCOD色度工藝內(nèi)部排放的廢液濕式粉碎樹皮木屑千化凝聚沉淀，上浮蒸解木質(zhì)素，半纖維素等提高蒸解廢液的回收率濃縮燃燒精選成束纖維，微細(xì)纖維，木質(zhì)素等封閉化，半封閉化篩網(wǎng)過濾，凝聚沉淀，上浮漂白氯化木質(zhì)素，還原糖，有機(jī)酸反洗，氧漂白等凝聚沉淀，活性污泥，超濾抄紙微細(xì)纖維，填料回收SS，節(jié)水凝聚沉淀，上浮

本文比較分析膜法工藝方案與不同的工藝流程，描述處理造紙廢水的膜系統(tǒng)特征及其相對(duì)于常規(guī)法的優(yōu)越性，著重對(duì)列舉的大量膜法處理造紙廢水的研究成果與膜法工廠的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、效益進(jìn)行詳細(xì)描述，并在初步評(píng)論的基礎(chǔ)上，展望膜法處理造紙廢水的前景。

表2DDS公司的膜裝置在造紙工業(yè)中的應(yīng)用按裝年份膜系統(tǒng)使用國(guó)家廢水類型或回收的產(chǎn)品1974-1979UF挪威木質(zhì)素磺酸鹽1976RO挪威銨基亞硫酸鹽1978UF北美木質(zhì)素磺酸鹽1978RO加拿大鈣基亞硫酸鹽1978UF瑞典牛皮紙漂白廢液1980UF芬蘭牛皮紙黑液1980UF芬蘭木質(zhì)素磺酸鹽1980UF日本牛皮紙漂白廢液1980RO意大利鈣基亞硫酸鹽1980RO阿根廷中性亞硫酸鹽，半化學(xué)紙漿廢液1986UF+RO鈣基亞硫酸鹽，回收木質(zhì)

二、膜法處理造紙廢水的工藝

1、膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

①膜和裝置類型的選擇，由于造紙廢水的溫度較高、pH值范圍較寬，因此應(yīng)選用耐溫和化學(xué)藥品的膜，如聚硯、聚硯酰胺、含氟聚合物及其他一些聚合物制成的UF、RO膜，以及聚乙烯異相陰、陽離子交換膜等。由于廢水成分復(fù)雜且含量較高，因此應(yīng)選用流動(dòng)狀態(tài)較好的管式、板式膜UF、RO裝置，才能獲得較滿意的處理效果。

②膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的選擇選用無論是UF膜法或RO膜法，在恒定操作參數(shù)下處理造紙廢水時(shí)，透水量均隨溶液濃縮倍數(shù)的增加而明顯地下降。鑒于膜法這一特征，有幾種不同的設(shè)計(jì)方案（如圖1所示[2]）可供選擇。

圖1（a）是最有效的設(shè)計(jì)，通常RO工廠都使用這種運(yùn)行方式。對(duì)于濃度較低的廢水，效果特別顯著，當(dāng)料液逐個(gè)通過膜組件時(shí)，往往可除去料液中5-20%的稀溶液。圖1（b）的方式對(duì)于小型的UF系統(tǒng)較為合適，因?yàn)橄到y(tǒng)中組件數(shù)目少，回路中的溶液可以連續(xù)不斷地循環(huán)，一直濃縮到所要求的最終要濃度。但是這種方式的運(yùn)行效益不高，因?yàn)槟缀跻恢碧幱谂c最濃的溶液接觸之中。圖1（c）是一個(gè)多段連續(xù)系統(tǒng)，供給液在每一段都經(jīng)過一定循環(huán)濃縮，最終逐段被濃縮到所要求的濃度。由此可見，對(duì)于UF和RO系統(tǒng)都是合適的。