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篇1
【要害词】纤维素；水解；化学思维
一、前语
纤维素，英文名称为cellulose，是一种由葡萄糖组成的大分子多糖，归于天然高分子化合物，是植物细胞壁的首要成分。溶解性质体现为不溶于水及一般有机溶剂。纤维素在天然界散布十分广泛，占植物界碳含量的50%以上，很多存在于木材、棉花、麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等之中。
纤维素不溶于水和一般的化学试剂，但在特定的条件下可以发生水解生成葡萄糖，这一性质正是高中化学纤维素水解试验的根底。高中化学纤维素水解试验以滤纸为纤维从来历，以硫酸为催化剂，以必定的温度为化学反响条件，以氢氧化铜和银氨溶液为检测手法，组成了一个完好的水解+检测的化学试验。该试验因涉及到浓硫酸的稀释、氢氧化铜的变色和银镜反响的发生，可以极大地激起学生关于化学的学习爱好，其背面所包含的化学思维关于学生往后在化学学科的持续学习发挥了积极地作用。
二、试验内容
1.纤维素的水解
,1配制成20ml的浓度为70%的硫酸溶液置于50ml的玻璃烧杯中。混合进程中将浓硫酸缓慢倒入水中并且不停地拌和，完结后，静置使其冷却。
,2取一小块滤纸，撕碎后向小烧杯中一边加一边用玻璃棒拌和，溶液将缓慢的变成无色通明状液体，然后将烧杯放入水浴中加热10min，直到溶液显现出棕黄色停止。
,3将该棕黄色液体倾倒入另一盛有约20ml蒸馏水的烧杯中。取1ml混合液，注入一大试管中，参加适量的固体NaOH，直到溶液的pH值抵达3-5之间，再加Na2CO3调理溶液pH值至9。
2.纤维素水解产品的查验
三、成果剖析
葡萄糖的分子结构式如下图所示，在整个碳链的端部有一个醛基，使得葡萄糖有了必定的复原性，因而银镜反响和氧化亚铜试验就成了查验葡萄糖的定性试验。
纤维素的水解产品是否便是葡萄糖，这个问题就可以依据其水解产品是否可以在上面两个反响中起到作用。通过上面两个试验的现象，可以判定试验中的来历于滤纸的纤维素通过硫酸的处理发生水解，并且水解产品中存在具有复原性的葡萄糖。
四、试验思维
结构决议性质，这是化学范畴的一个最根本的思维。以纤维素为例，它是一种天然的高分子资料。纤维素的构成大多在植物中进行，植物通过光合作用发生碳水化合物的糖类，这些糖类通过彼此间的脱水而构成纤维素。从葡萄糖到纤维素，结构上的改动导致了其性质上的天壤之别。比方其溶解性的改动，葡萄糖在水中溶解性杰出，而纤维素是不溶于水的。
纤维素的结构与性质的联系体现在下面两个方面：
1.原子摆放影响物质化学性质
纤维素由葡萄糖分子间脱水构成，在脱水的进程中，葡萄糖分子中的醛基结构遭到损坏，使物质的化学复原性消失，因而，直接用纤维从来复原银离子和铜离子是做不到的。从原子摆放的视点来讲，组成醛基的碳氧双键易极化导致碳原子带正电性，碳氢键易开裂然后变现为必定的复原性。一旦通过脱水缩合反响，碳氢键中的氢被另一个氧原子代替，醛基变为糖苷键，而糖苷键是不具有以上复原性的。因而，原子的改动和原子结构摆放的改动使得物质失去了复原性，也便是说，原子摆放影响物质的化学性质。
2.分子结构影响物理性质
纤维素分子呈丝状，这是葡萄糖分子头-尾结合发生的成果。这些丝状物因为摆放规整而极易结晶，然后构成规矩的晶体，往往体现为纤维状晶体，而纤维状晶体的强度较强，从微观资料的视点来看便是纤维素资料强度较高。纤维素分子由葡萄糖分子脱水缩合而成，其脱水进程中尽管醛基结构遭到损坏，可是纤维素却完好的承继了葡萄糖分子中的羟基。这些羟基中的氢原子们可以被看做一个个的质子。在这种情况下，一个氧原子衔接质子很简略和别的一个氧化子彼此招引发生作用然后在分子间构成氢键。同一个纤维素分子上的两个羟基间生成的氢键被称为分子内氢键，分子内氢键使得分子的旋转难度增加，外在体现为资料刚度的较大。
能量决议化学反响能否进行，这是化学范畴另一个重要的思维。化学反响与能量的联系如下面描绘。
有机物分子一般是各种原子通过共价键的办法结合起来的，比方纤维素和葡萄糖都是碳氢氧三种元素组成。有机分子在反响的时分。化学键的开裂与构成是化学反响的实质。一个反响能否进行，除了物质的分子结构要素以外，一个重要的影响要素便是能量，体现在反响条件中便是反响温度。当然，某些化学反响也可以由激光、磁场、光照等代替加热完结试验。但归根到底都是为了可以到达旧键开裂和新键构成的意图。从试验中可以看到，尽管葡萄糖具有了复原性的醛基，可是在低温下依然无法复原银离子和铜离子，只要当温度上升，到达旧键开裂的临界点，反响才干发生。了解了各种物质的特性，反响能否发生，什么温度发生，这一临界点是可以通过核算精确地算出来的，这便是化学实质和规则的体现。
五、总结
讲堂演示试验关于高中化学学科而言十分重要，他不只可以进步同学们关于化学的学习爱好，更有利于学生关于化学思维的把握。纤维素的水解试验是一个很根底的有机化学试验，通过此试验，不只可以把握必定的有机化学常识，更能从深层次了解到物质结构决议性质、化学反响条件的实质等。期望通过本篇论文，可以对广阔高中化学教师和学生起到积极地作用。
参阅文献：
[1]罗德高.谈淀粉及纤维素的水解.广西右江民族师范高档专科学校学报1999,07
篇2
要害词：玉米秸秆 酒精发酵 预处理 发酵
中图分类号：G718 文献标识码：C 文章编号：1672-1578,201611-0280-01
燃料酒精作为石油的代替动力，现已成为各国可再生动力开发运用的重要研讨展开方向。现在，玉米等淀粉质质料出产燃料酒精技能已恰当老练，我国现已完成工业化出产，但跟着陈化粮耗费殆尽，淀粉质质料存在“与民争粮，与粮争地”等问题，很多运用玉米出产燃料酒精遭到严峻约束[1]。运用玉米秸秆出产酒精，不只可以缓解日益严峻动力危机，环境污染，食物缺少等问题，也为人类社会的可持续展开供给了确保[2]。玉米秸秆经预处理及水解后，纤维素等分化成糖，经发酵蒸馏提取酒精，本文首要对这些工艺展开评论。
1 质料预处理
玉米秸秆的结构较为杂乱，纤维素、半纤维素被木质素围住，严峻影响纤维素等的降解功率，水解之前应进行预处理。经预处理，纤维素和半纤维素及木质素分脱离，聚合度较低，然后进步了玉米秸秆纤维素的水解糖化功率。现在遍及选用的预处理办法首要有物理法、化学法、物理化学法、生物法四种[3]。物理法首要选用机械损坏、超声波处理和蒸汽爆炸等物理办法，该办法预处理污染小，操作简略，可是能耗大，本钱较高。化学法首要选用酸、碱或许有机溶剂等对玉米秸秆进行预处理，损坏纤维素与木质素之间的晶体结构，打破木质素对纤维素的包裹。该办法本钱较低，但易发生化学污染。物理化学法是指在对玉米秸秆的预处理进程中一起选用物理和化学两种办法，二者相结合可进步玉米秸秆的预处理功率[4]。如通过汽爆办法和化学增加剂相结合，不只可以加速预处理速度，也能尽量下降环境污染。生物法首要通过微生物作用于玉米秸秆，到达别离纤维素和木质素的意图，该种办法不只功率高并且能在正常条件下进行，节省本钱，是一种有潜力的预处理办法。
2 纤维素水解
玉米秸秆经预处理后，纤维素只要分化成糖可进行发酵成酒精，这个进程被称为纤维素的水解进程。现在玉米秸秆纤维素的水解工艺首要有酸法水解和酶法水解两种，水解后纤维素和半纤维素的氢键被损坏，分化成单糖供发酵进程。
2.1 酸法水解
酸法水解首要以硫酸作为催化剂对玉米秸秆中纤维素进行分化。包含稀酸水解和浓酸水解两种。稀酸水解一般选用0.2%-0.5%的稀硫酸水解纤维素，长处是反响条件温文，设备要求较低，但反响进程中发生很多副产品且产糖率低。浓酸水解的长处是产糖率较稀酸水解高且反响进程副产品少，但反响时刻较长，腐蚀性强，不只对反响设备要求较高，并且硫酸收回工艺杂乱。
2.2 酶法水解
酶法水解运用纤维素复合酶分化玉米秸秆中的纤维素，纤维素酶包含葡聚糖酶和纤维二糖酶。水解进程中葡聚糖酶先将纤维素分化为纤维二糖，纤维二糖再在纤维二糖酶的作用下分化成葡萄糖供发酵进程运用。酶法水解相对酸法水解反响条件温文，催化功率高且能耗低，纤维素酶的专一性高，产品单一，副产品相对较少。但酶法水解中酶的固定化程度困难，反响进程中酶的耗费量较高，导致本钱较高。
3 酒精发酵
酒精发酵的终究意图便是让水解中发生的葡萄糖通过发酵转化为酒精，发酵办法首要有以下几种：
3.1 直接发酵法
直接发酵法便是直接运用纤维分化细菌发酵纤维素出产酒精，此办法不需求通过酸法水解和酶法水解预处理进程。选用适合酒精发酵的出产菌株是直接发酵法的技能要害，但现在国际上还未找到一种既具有分化纤维素又能发酵成酒精的优秀菌株，一般运用热纤梭菌和热硫化氢梭菌混合菌直接发酵，前者首要将纤维素分化成单糖但乙醇产率较低，后者首要将单糖转化为酒精但不能分化纤维素。
3.2 直接发酵法
直接发酵法将玉米秸秆的发酵进程分为两步，是现在研讨最多的办法之一。第一步运用纤维素酶将玉米秸秆中的纤维素分化成为单糖，分化后的糖作为后续发酵所需的碳源；第二步再运用酒化酶将单糖发酵成酒精。直接发酵办法正处在研讨阶段，但运用到出产中的杰出问题是第一步发生的单糖跟着浓度的增加会反过来按捺第一步反响的进行，而第二步跟着酒精浓度的增加也会按捺菌株的发酵才能，给发酵进程带来巨大影响。
3.3 同步糖化发酵法
同步糖化发酵法首要是为了处理直接发酵法面对的反响按捺问题，两者原理相同。该办法最早由Gauss等提出，糖化和发酵一起在一个反响器内接连进行，将纤维素水解和酒精发酵同步进行，水解发生的葡萄糖因为发酵浓度下降，消除了高浓度糖对纤维素酶的按捺作用。同步发酵法的长处是简化了出产设备，节省了出产时刻，消除了按捺作用，下降了出产本钱，但反响进程中面对的最杰出问题怎么完成纤维素发酵和酒精发酵的条件兼容。
4 酒精蒸馏
玉米秸秆发酵后的混合发酵液成分恰当杂乱，酒精浓度相对较低，必须将酒精从混合液中别离出来才可加以运用。酒精具有沸点低、易蒸发等特性，因而酒精别离一般选用蒸馏的办法。酒精蒸馏进程中通过操控温度将酒精从混合溶液中蒸宣布来，经冷凝设备冷却后由气态变为液态，收回得到高纯度酒精，为了防止安全事故的发生，蒸馏进程中的温度操控成为要害。传统的玉米秸秆酒精蒸馏工艺为双塔式精馏，因为其能耗较高逐步被三塔式精馏工艺代替。
5 结语
我国作为一个农业大国，玉米秸秆产值十分丰厚，这些可运用的生物质资源假如通过堆积腐朽和燃烧的办法处理，不只构成资源糟蹋并且会构成极大的环境污染。现在玉米秸秆出产酒精的工艺技能已逐步老练，出产进程中所面对的一些问题还需进一步的研讨和探求，跟着技能的进一步展开和完善，运用玉米秸秆出产酒精将会在处理日益严峻的动力问题上发挥巨大作用。
参阅文献：
[1] 闫莉，吕惠生，张敏华等.纤维素乙醇出产技能及产业化展开[J].酿酒科技，2013,10：80-84.
[2] 黄宇彤，杜连祥，赵继湖.国际燃料酒精出产局势[J].酿酒，2001，,5：24-26.
篇3
1纳米纤维素制备办法
1.1机械法制备MFC
天然纤维素经高压机械处理，得到一种新式高度润胀的胶体状纳米纤维素，一般称之为微纤化纤维素(MFC)。MFC是由一些长的线状微细纤维组成的无规矩网状物，保留了微细纤维的外形，其纤维直径为10～50nm，长度为直径的10～20倍［6］。通过机械法制备MFC，无需化学试剂，对环境影响小。但选用这种办法制备的MFC粒径散布宽，且制备设备特别，能量耗费高，因而该办法现在运用较少。高压均质法和化学机械法都归于机械制备法。
1.1.1高压均质法
高压均质法是将纤维素分化成纳米纤维素的一种常用的机械制备办法。在高压均质进程中，压力能的开释和高速运动使物料损坏，然后减小物料的标准。20世纪80年代前期，Turbak等［7］以4%左右的预水解木浆为质料，制备出了MFC。文献［8］标明，Duf-resne等通过高压均质化作用对纯化后的甜菜纤维进行处理，使其细胞壁发生损坏，然后制备出MFC，MFC经枯燥后可用于制备高强度纤维片。Zimmer-mann等［9］选用不同的原资料，通过机械涣散和高压均质进程，制备出了最大长度及直径小于100nm的MFC。剖析标明，微米标准的纤维素易聚会，网状结构的匀度较差。图2竹浆微纤化纤维素的扫描电镜相片
1.1.2化学机械法
高压均质法易呈现均质机阻塞等问题，然后无法完成制备进程接连化。为处理上述问题，呈现了一系列改进办法，即化学机械法。化学机械法是先用化学降解办法对纤维进行恰当的氧化降解预处理，再用高压均质机进行均质化处理的制备办法。选用化学机械法，可以从木材、麦草和大豆中制备出MFC。ShreeP.Mishra等［10］以漂白阔叶木硫酸盐浆为质料，先用TEMPO-NaBr-NaOCl系统进行氧化，然后进行机械处理(即用一般拌和机拌和)，成功制备出结晶度较高的MFC。Alemdar等人［11］通过对麦草进行化学预处理，然后用机械法制备出了直径为10～80nm、长度为几千纳米的MFC。Wang等人［12］也选用该办法成功地从大豆中制备出直径为20～120nm、长度比麦草制备的MFC稍短的MFC。详细制备流程见图1。图1大豆制备MFC流程张俊华等［13］以漂白硫酸盐竹浆为质料，通过PFI打浆、化学预处理以及后续的高压均质化处理，制备出直径在0.1～1.0nm的纳米级MFC产品，如图2所示。
1.2化学法制备NCC
天然纤维素经酸水解或酶解后，得到NCC。NCC是一种直径为1～100nm、长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素，一般具有天然纤维素Ⅰ的晶型，可在水中构成安稳的悬浮液［8］。化学法制备NCC的一起，还可对其外表进行改性，然后赋予纳米微晶纤维素新的功用和特性。因而化学法是国内外要点研讨的NCC制备办法，研讨者现在对NCC的制备、结构、功用及运用已有了比较深化的了解。
1.2.1酸水解法
酸水解法制备NCC会发生很多的废酸和杂质，对反响设备要求高，且反响后残留物较难收回，但制备工艺比较老练，已完成工业化出产。NCC的标准、巨细和形状在必定程度上由纤维素质料决议［14-15］。不同物种纤维素的结晶度、微原纤的标准差异较大。表1为不同纤维资料制备的NCC标准规模。从表1可以看出，选用针叶木、棉花和麻类这些植物质料制备的NCC标准相对较小，而选用被囊动物、细菌和海藻制备的NCC标准较大［8］。1947年，Nickerson等人［16］最早用盐酸和硫酸水解木材制备出纳米纤维素胶体悬浮液。1952年，Ranby［17］通过酸水解办法制备出了长度大约为50～60nm、宽度大约为5～10nm的纳米纤维素晶体。1997年，Gray等人［18］选用硫酸水解棉花、木浆等质料，制备出了不同特性的纳米纤维素，并研讨了其自拼装特性和纤维素液晶的组成条件。2006年，Bond-eson等人［19］优化了硫酸水解挪威云杉制备NCC的条件，找到了快速高得率制备纳米纤维素胶体的办法。棉纤维具有高结晶度、来历丰厚和本钱低价等长处，成为制备NCC的优秀质料。Dong等人［20］以棉滤纸为质料通过酸水解制备出了NCC，并研讨了水解条件、制备办法和纤维悬浮液有序向列行为。Hasan-Sadeghifar等［21］以棉纤维为质料，通过HBr水解制备出了NCC，其制备的NCC直径为7～8nm、长度为100～200nm，具有较高的横向结晶度，如图3所示。丁恩勇等人［22］以棉纤维为质料，选用超声波涣散和强酸水解的办法制备出标准在5～100nm、外形呈球状或椭球状的NCC，其颗粒外层的悉数或部分具有纤维素Ⅱ的晶型，颗粒内部具有纤维素Ⅰ的晶型。Zhong-YanQin等人［23］以棉浆为质料，在TEMPO-NaBr-NaOCl系统氧化时选用超声波处理，制备出直径为5～10nm、长度为100～400nm的NCC。该办法制备的NCC结晶度高，得率安稳。微晶纤维素(MCC)与其他纤维素比较省去了漂白脱木素进程。MCC自身具有较高的结晶度和较小的粒度，为进一步快速高效制备NCC供给了条件。现在，国内外研讨人员大多选用MCC作为制备NCC的质料。文献［8］标明，Marchessault等人选用硫酸水解MCC，不只别离出NCC，并且还发现制备的NCC外表带负电荷，因而NCC因为静电排斥力的作用而构成一个安稳的纤维素悬浮液系统。Bai等人［24］对MCC进行酸水解得到NCC后，选用差速离心的办法将制备的悬浮液进行分级，然后得到满意不同需求、散布较窄的NCC。唐丽荣等人［25］以MCC为质料，以阳离子交换树脂为催化剂，通过硫酸水解制备的NCC直径为2～24nm。长度较一般酸水解制备的图4细菌NCC的透射电镜相片NCC的更长，呈丝状，且彼此交织构成网状结构。除了以上用得较多的原资料，被囊动物、细菌纤维及麻类等因为具有较大的长径比，也成为制备NCC的质料。1952年，Ranby等人［17］研讨了被囊动物和细菌纤维的物理化学性质。文献［8，25-26］标明，Terech等人通过硫酸水解被囊动物制备出宽为10～20nm，长为100nm至几微米的纤维素晶须;Grunert等人通过硫酸水解细菌纤维素制备出棒状的NCC，图4为Grunert所制备的细菌NCC的透射电镜相片［8，25-26］。许家瑞等人［27］以剑麻纤维为质料，选用氯气氧化降解法制备出均匀直径为10～20nm，形状为球状的NCC水溶胶产品。WeiLi等人［28］以漂白针叶木硫酸盐浆为质料，结合酸水解和超声波处理，制备出直径为10～20nm、均匀长度为96nm的NCC。Le-androLuduena和MaryamRahimi等人［29-30］别离以米糖和麦草为质料，选用HCl、NaOH预处理，之后用浓硫酸水解制备出NCC。
1.2.2酶解法
酶解法制备工艺条件温文，专一性强，且所用的试剂酶与纤维素酶均为可再生资源，因而其对社会可持续展开具有重要含义，猜测酶解法将成为未来研讨的热门。酶解即运用纤维素酶选择性酶解无定型纤维素，剩下部分即为纤维素晶体。在这一进程中，可能会发生外表腐蚀、剥皮以及细纤维化和堵截作用［31］，然后使纤维素分子聚合度下降。现在，酶解研讨选用较多的质料是木质纤维素、多种细菌纤维素和MCC。NorikoHayashi等人［32］用纤维素酶酶解海洋生物刚毛藻类MCC，得到了具有纳米标准的纤维素。蒋玲玲等人［33］运用纤维素酶(绿色木霉，TrichodermaVrideG)水解天然棉纤维，制备出纳米纤维素晶体，该纤维素晶体粒径规模为2.5～10.0nm，大多呈球状。
1.3生物法制备NCC
生物法制备NCC的最大长处是低能耗、无污染，因而国内外都竞相展开这一技能。通过微生物组成法制备的纤维素一般被称为细菌纤维素。细菌纤维素的物理和化学性质与天然纤维素附近。生物法制备NCC时可调控NCC的结构、晶型和粒径散布等，因而简略完成工业化和商业化。可是细菌纤维素制备进程杂乱、耗时长、本钱高、价格贵、得率低［8，26］。文献［34］标明，1986年Brown等人发现木醋杆菌(Acetobacterxylinum)可出产细菌纤维素，尔后人们对细菌纤维素的研讨越来越深化。除木醋杆菌可以出产细菌纤维素外，根瘤农干菌(Agabaoteriumtumefa-ciens)、假单细胞杆菌属(Pseudomonas)、固氮菌属(Azotobacter)、根瘤菌(Rhizobium)等某些特定的细菌也能发生细菌纤维素，其间对木醋杆菌的研讨比较深化［8，34-35］。选用不同的培育办法，如静态培育和动态培育，运用木醋杆菌处理可得到不同等级结构的纤维素。通过调理培育条件，也可得到化学性质有差异的细菌纤维素。此外，也可选用不同葡萄糖衍生物碳源出产纤维素，如Rainer［36］以阿拉伯糖醇和甘露糖醇为碳源出产纤维素，发生的纤维素量别离是以葡萄糖为碳源的6.2倍和3.8倍。为下降出产本钱及减轻环境污染，薛璐等人［37］以大豆乳清代替蒸馏水作为培育液基质，进步了细菌纤维素的产值，下降了出产本钱。
2纳米纤维素的运用
近年来，研讨人员对纳米技能与纳米资料在制浆造纸范畴中的运用体现出了极大爱好。李滨等人［38］介绍了纳米技能及纳米资料在浆料制备、纤维改性、湿部化学、纸张涂料、功用纸出产等范畴的研讨展开，并对其存在的问题和潜在运用做了探求。王进和唐艳军等人［39-40］别离研讨了纳米SiO2和纳米CaCO3在五颜六色喷墨打印纸涂料和纸张涂猜中的运用。因为纳米纤维素具有极大的比外表积和丰厚的外表羟基，若将其参加到纸浆中，其与纸浆纤维可以紧密结合，然后进步纸浆纤维之间的结合力，因而纳米纤维素可作为制浆造纸进程中的增强剂、助留剂和助滤剂，具有很好的展开前景。张俊华等人［41］研讨了MFC对纸张的增强作用，其将竹浆MFC、阳离子淀粉及竹浆MFC与阳离子淀粉复配物别离参加到纸浆中进行抄片。试验成果标明，将竹浆MFC参加到纸浆中可进步手抄片的物理功用，且MFC与阳离子淀粉协同运用时，其增强作用要显着好于独自运用竹浆MFC或阳离子淀粉时的增强作用。宋晓磊等人［42］研讨了聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)/NCC二元湿强系统对纸张湿强度的影响，其选用先参加PAE、之后参加NCC的办法进行人工抄片。试验成果标明，当NCC用量为4%时，PAE/NCC二元系统对手抄片的干抗张强度增强作用最好，最大值为112.6N•m/g，比独自参加PAE时进步了35.5%。吴开丽等人［43］所做的试验成果标明，NCC对纸张的物理强度有必定的增强作用，且不同制备工艺条件制备的NCC对纸张的增强作用也不同;此外，其还剖析了制备NCC时反响时刻、反响温度及酸浆比对纸张增强的影响。
NCC的悬浮液在磁场或剪切力的作用下能发生定向，枯燥成固体后这种定向依然存在，因而NCC具有手性向列液晶相的特别光学功用。定向NCC膜所反射的圆偏振光色彩随入射视点改动而改动。根据这种特别光学功用，NCC可用于荧光变色颜料(如荧光变色油墨)的制作;NCC的光学特性使其不能通过印刷和影印等技能进行仿制，可用于防伪纸、防伪标签和高档变色防伪油墨［43-44］。纳米纤维素除了用于制浆造纸，在其他范畴也有运用。
(1)高功用增强复合资料
纳米纤维素与一般纤维素比较，在高杨氏模量及强度方面稀有量级增加。桂红星等人［45］研讨了NCC对天然乳胶的增强作用，当NCC用量为4%时，硫化胶膜的拉伸强度进步了69%;撕裂强度进步了210%。选用纳米纤维素作为工程塑料的增强填充剂，纳米纤维素含量高达70%时，增强产品具有一般工程塑料5倍的高强度，与硅晶相似的低热胀系数，一起坚持高的透光率。运用这种特性可开宣布柔性显示屏、精细光学器材和轿车或火车车窗等新产品［26］。此外还可用于建筑行业的增强，比方承重墙、楼梯、房顶、地板等。
(2)电子工业
Shah等人［46］展开了选用纳米纤维素做高解析度动态显示器材的研讨，使其有望作为电子书籍、电子报刊、动态墙纸等的新资料。Jonas等人［47］的研讨说到索尼公司现已将纳米纤维素运用到耳机隔阂中，如图5所示。
(3)医药工业
纳米纤维素晶体能牢固地吸附药物及其他配料，所构成片剂不易吸湿，但可敏捷崩解，因而被广泛用作赋形剂和崩解剂，制作嘴嚼药片、糖衣片和膜衣片等。此外，纳米纤维素还可用于人工皮肤、人工血管、神经缝合保护罩、动物创伤敷料及牙齿再生等。
(4)日用化工业
粉末纳米纤维素晶体可作为黏结剂，直接用于化妆品的限制，所得到的产品表观细腻、滑润、易于擦去。据报导，日本和美国已将纳米纤维素用于膜滤器(无菌设备、超滤设备等)、高强度纸杯、可循环运用婴儿尿裤、仿人工皮革、指甲油等化妆品基质［26，48］。
(5)食物工业
纳米纤维素在食物行业首要作为食物增加剂，如乳化和泡沫安稳剂、高温安稳剂、增稠剂、悬浮剂、面粉代替物、脂肪代替物、冷冻食物及饮猜中的增加剂等［43］。
篇4
要害词：硅藻土；纤维素；助滤剂；助滤功用；微污染原水
中图分类号：TU991.2
文献标志码：A 文章编号：1674-4764,201603-0090-06
Abstract：The diatomite/cellulose filter aids were prepared using raw diatomite and cellulose via sol-gel technique. The effect of cellulose/diatomite， distilled water/cellulose， EtOH/diatomite， ammonia concentration and temperature on the properties of diatomite/cellulose filter aids were investigated. The filtration efficiency of diatomite， cellulose and diatomite/cellulose filter aids was compared. The influence of diatomite/cellulose filter aids on slightly polluted water filtration was studied. Results indicated that when 40 mL distilled water dissolved 1.0 g cellulose， 20 mLEtOH carried 1.5 g diatomite， the ratio of diatomite to cellulose was 0.67， the concentration of ammonia was 5×10-4mol/L， the temperature was 60 ℃，the best diatomite/cellulose filter aids were achieved. The efficiency of diatomite/cellulose filter aids was obviously better than that by diatomite and cellulose filter aids. The pollutants removal efficiency could increase by using the diatomite/cellulose filter aids in the direct filtration process to treat the micro-polluted raw water. The results showed that the combination of filtration and micro-filtration membrane could achieve excellent permeate water， which met the Standards for Drinking Water Quality,GB5749―2006.
Keywords：diatomite； cellulose； filter aids； filter performance；micro-polluted raw water
现如今微污染水体已越来越多地作为人们日子用水水源之一。在微污染水处理进程中直接过滤是常用的一种水处理工艺，而直接过滤时，滤浆中的颗粒极易构成滤饼阻塞过滤介质的孔道，使过滤的功率下降乃至无法持续进行[1]。为处理这一问题，可在过滤时参加助滤剂以强化过滤进程[2]。抱负的助滤剂具有空地率大，孔隙结构丰厚，比外表积大和形状不规矩，不行紧缩的性质，并且可构成结构疏松几乎不行紧缩的滤饼，构成晓畅的液体流道，然后减小滤饼的过滤阻力。一起可以阻挠悬浮液中小颗粒穿透和阻塞过滤介质，进步过滤速度和滤液的弄清度[3]。助滤剂过滤可滤除滤浆中的固体颗粒及悬浮物，吸附胶体粒子、大部分细菌、病毒及部分有害元素等[4]，其过滤作用首要是对污染物的机械截留作用和吸附作用，将简略的介质外表过滤变为深层过滤，发生较强的净化过滤作用。
现在常用的助滤剂有硅藻土、纤维素等，但其在实践运用中各有优缺陷：硅藻土具有孔隙结构兴旺、硬度高、安稳性好、化学杂质含量少的特色[5-6]，可是滤速相对缓慢，堆密度较大，按其质量参加往往达不到预期要求，多加又将使本钱上升[7-8]。纤维素助滤剂在水中带负电荷，吸附阳离子，具有必定的吸附功用，所以一起可用作吸附剂，但过滤之后滤液的弄清度不太好[9-11]。现在关于纤维素和硅藻土的改性研讨甚多，办法也多种多样，但一起结合两种以上助滤剂资料来制备复合助滤剂并评论其功用的研讨甚少。
本研讨以纤维素和硅藻土为质料，通过溶胶凝胶法制备了硅藻土/纤维素无机有机复合助滤剂，并剖析了纤硅比,纤维素与硅藻土的质量之比、氨水浓度、蒸馏水/纤维素、无水乙醇/硅藻土以及水浴温度这5个要素对复合助滤剂的影响，以得到最佳的制备条件，一起在不同进水浊度和不同滤速条件下对硅藻土、纤维素和硅藻土/纤维素复合助滤剂的助滤功用进行了比较，并研讨了硅藻土/纤维素复合助滤剂对实践微污染原水过滤作用的影响。
1 资料与办法
1.1 试验资料和首要仪器
本研讨所运用的药品首要为微晶纤维素，柱层析；无水乙醇，剖析纯；稀硫酸，剖析纯；氨水，剖析纯；均为国药集团化学试剂有限公司出产；硅藻土，武汉百惠生物科技有限公司供给；蒸馏水，克己。首要仪器为DF-101S集热式恒温加热磁力拌和器，HACH 2100P 高精度便携式浊度仪。
1.2 硅藻土/纤维素助滤剂的制备
将微晶纤维素涣散于蒸馏水中作有机前驱物，待其彻底滋润后抽滤，并用无水乙醇洗刷屡次以除掉剩下水分。将1.0 g处理过的纤维素溶于必定量的蒸馏水 ,1.0 g纤维素/30 mL蒸馏水 中制得溶液A，向溶液A中逐滴参加1 mL的1 mol/L的稀硫酸，装入三角烧瓶并置于60 ℃恒温加热磁力拌和器内拌和预水解10 min。将1.5 g硅藻土与无水乙醇,EtOH按1.5 g硅藻土/20 mLEtOH的份额配成溶液B，将溶液B参加溶液A中，恒温拌和10 min后，参加1.8 mL的氨水,5×10-4 mol/L，反响10 min后，降至室温，用磁力拌和器低速,20 r/min拌和，持续拌和24 h，制得纤维素/硅藻土溶胶，过滤洗刷去除杂化物，在45 ℃枯燥24 h，再放入恒温枯燥箱105 ℃下持续枯燥24 h，研磨成粉后即可得到硅藻土/纤维素复合助滤剂。
别离改动纤硅比、氨水浓度、蒸馏水/纤维素、无水乙醇/硅藻土以及水浴温度，做纤维素含量改动的对照试验，以确认最佳的制备条件，复合助滤剂资猜中纤维素含量可由硅藻土的质量增量来求得。助滤剂中硅藻土的增量越高，阐明纤维素和硅藻土的复合作用越好，助滤剂的助滤功用就会越好。
1.3 硅藻土/纤维素助滤剂功用的测验
选用直径为25 mm，高1 500 mm的通明有机玻璃柱为模型滤柱。滤柱中填充粒径d=0.6～1.2 mm的石英砂滤料，滤层厚H=280 mm。选用砾石作为承托层，从上到下粒径逐步增大，总厚度100 mm。因为滤柱模型内径较小，故根本可以确保配水均匀性。取3份1 L自来水，别离投加100 mg天然黏土，充沛拌和混合，配成原水，各增加1 mg纤维素、1 mg硅藻土和1 mg硅藻土/纤维素复合助滤剂，通过滤柱过滤。过滤中尽量坚持进、出水流量安稳和原水浊度安稳，通过单要素试验，在不同的进水浊度和滤速下，测出水浊度。另取两份1 L的武汉南湖水为实践微污染原水，并向其间一份投加1 mg硅藻土/纤维素复合助滤剂，通过滤柱过滤，测出水中各污染物的含量。2 成果与评论
2.1 硅藻土/纤维素复合助滤剂的最佳制备条件剖析
2.1.1 纤硅比对硅藻土/纤维素助滤剂制备的影响
坚持其他条件不变，测定不同纤硅比对硅藻土增量百分比,硅藻土增加的量/纤维素质量的影响。如图1所示，当纤硅比为0.33时，硅藻土的增量百分比最小，只要64%；当纤硅比为0.67～1.67时，硅藻土的增量百分比都趋于平稳，安稳在85%左右。纳米SiO2/纤维素复合资猜中，无机SiO2纳米粒子以薄片和球状颗粒办法存在，SiO2纳米颗粒因为纤维素聚合物链的包覆作用而均匀地涣散在树枝状的纤维素基体中，纤维素聚合物链对SiO2纳米颗粒的包覆作用首要是通过氢键[12]。纤维素分子链上一切的羟基都处于分子链内或许分子链间的氢键中[13]，羟基的数量是必定的，只能包覆必定量的SiO2纳米颗粒。硅藻土的化学成分首要是SiO2，因而，当纤硅比大于0.67之后，纤维素都只能与必定量的硅藻土复合，故硅藻土的增量百分比坚持在85%左右。
2.1.2 蒸馏水/纤维素对硅藻土/纤维素助滤剂制备的影响
坚持其他条件不变，改动蒸馏水/纤维素的巨细。如图2所示，跟着蒸馏水/纤维素的增加，硅藻土增量百分比先增大后减小。在蒸馏水/纤维素为40 mL/g时，硅藻土增量百分比到达最大值93%；纤维素的水解需求必定的水分，当蒸馏水/纤维素小于40 mL/g时，蒸馏水的投加量缺乏，只要部分纤维素水解，此刻纤维素的水解产品与未水解的纤维素分子之间持续聚合，构成大分子溶液，系统内无固液界面，归于热力学安稳系统，复合作用欠好；当蒸馏水/纤维素到达40 mL/g时，纤维素得以充沛水解，系统内构成存在固液界面的热力学不安稳系统，与硅藻土复合作用最好；当蒸馏水/纤维素大于40 mL/g时，系统内剩下水分过多，稀释了聚合物的浓度，削减了颗粒之间磕碰的几率，与硅藻土发生凝胶质量较差，然后导致助滤剂复合功率下降。
篇5
1.1葡萄糖内切酶
该酶作用于纤维素分子内的非结晶区，随机水解β-1，4-糖甘键，截短长链纤维素分子，发生许多带有非复原性结尾的小分子纤维素，但不能独自作用于结晶的纤维素。一起它也能水解小分子的纤维寡糖。
1.2葡萄糖外切酶
这类酶作用于纤维素分子的结尾，顺次切下纤维素分子中的纤维二糖，可作用于纤维素分子内的结晶区、无定形区和羧甲基纤维素。
1.3β-葡萄糖苷酶
也称纤维二糖酶，是一种可将纤维二糖、纤维三糖和纤维六糖等水解为葡萄糖的非专一性酶；在水解进程中低聚糖对外切酶和内切酶的产品发生按捺作用，这种酶的存在可以显着下降按捺作用，进步水解功率。
2食物工业纤维素酶的来历
纤维素酶的来历十分广泛，昆虫、动物体、微生物,细菌、放线菌、真菌、酵母等都能发生纤维素酶。因为动物体和放线菌的纤维素酶产值极低，所以很少研讨。细菌所发生的酶是胞内酶，或许吸附在菌壁上，很少能排泄到细胞外，提取纯化的难度大。并且产值也不高，首要是中性和碱性的葡萄糖内切酶。因其大都对结晶纤维素没有活性，所以首要用于棉织品水洗收拾工艺及洗刷剂工业中，在食物工业中运用也较少[4]。现在，报导较多的是真菌，其发生的纤维素酶一般是胞外酶，酶一般被排泄到培育基中，用过滤和离心等办法就可较简略地得到无细胞酶制品。丝状真菌发生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物，其间木霉纤维素酶产值高、酶系全，故而被广泛运用，尤其是里氏木霉、绿色木霉的研讨较多。
2.1产纤维素酶里氏木霉的研讨展开
因为里氏木霉产纤维素酶量高、安稳性好、适应性强，便于出产和办理，因而具有杰出的研讨和运用价值。现在，在菌株选育上遍及选用人工诱变和基因工程改造两种计划取得高效分化纤维素的菌株。诱变的办法一般是传统的物理诱变(紫外线)和化学诱变(亚硝基胍)。IKEM等以里氏木霉ATCC66589为动身菌株，经紫外线诱变，取得两株骤变菌株M2-1和M3-1。其滤纸酶活别离到达257U和281U。张素敏等运用紫外线诱变里氏木霉T306，得到骤变菌株的CMCA生机到达64.2U/mL[5]。在化学诱变剂中，烷化剂可与巯基、氨基和羧基等直接反响，故更易诱发基因骤变。DURANDH等用亚硝基胍诱变里氏木霉QM9414，得到一株安稳性较好的骤变菌株CL847，FPA酶活最高到达5.2U/mL，较动身菌株进步了4倍[6]。也有紫外线与亚硝酸钠、亚硝基胍等化学试剂复合诱变的研讨，取得了较好的作用。这些研讨对里氏木霉高产纤维素酶菌株的选育及其工业化运用具有显着含义。基因工程改造可以从不同产纤维素酶菌株中挑选出比生机高、酶学性质安稳的基因重组在一起并高效表达，具有定向性，是选育出高产纤维素酶菌株的有用途径。现在已成功在里氏木霉中克隆表达的基因有纤维二糖酶基因、celEn、pBGL1、af211、Neg[7]。
2.2产纤维素酶绿色木霉的研讨展开
绿色木霉酶活较大，是现在公认较好的纤维素酶出产菌。现在的研讨首要会集于绿色木霉产纤维素酶出产工艺的研讨。陈莉等选用固态发酵办法研讨了不同条件对其产纤维素酶活的影响。得出绿色木霉固态产酶发酵的最优条件是培育温度30℃，培育时刻5d，接种量5%，含水量250%。在实践发酵进程中，不同的酶组分到达最大酶活的时刻也有不同，例如FPA酶活在发酵2d后到达最高值,Cx酶活在发酵3d后到达最高值。以蛋白胨为仅有氮源时，纤维素酶生机最高，以尿素为仅有氮源时，纤维素酶生机最低。绿色木霉排泄的酶系偏酸性,发酵液初始pH值为4.5时，FPA酶活和Cx酶活都呈现最高值。因而在实践运用中也可以依据需求来调整不同酶组分的含量，以及适合的氮源，适合的pH值等[8-9]。黄发等人对绿色木霉产β-葡聚糖酶的工艺条件研讨也得出了相似的成果[10]。
3纤维素酶在食物工业的运用
3.1在果蔬加工中的运用
在果蔬的加工进程中,为了使得植物安排快速软化和膨润,常常选用加热蒸煮或酸碱处理等办法。这样一来就使得蔬菜、果实的香味和维生素等丢失很大。通过运用纤维素酶来进行蔬菜的软化可以防止这一缺陷。除此以外,通过选用纤维素酶对蔬菜和果实进行分化,可以使加工的果酱口感增加;还可以用纤维素酶来分化蘑菇,制作一种很好的调味料;在糖果品加工工艺中也可以选用纤维素酶来缩短砂糖进入果实傍边的时刻，以更快地到达渗透作用[11]。朱莉莉等研讨了羊栖菜汁浸提工艺条件,通过研讨最适规模各个单要素发现，在复合酶酶解提取羊栖菜汁的最佳浸提计划中,增加纤维素酶与果胶酶配比3:2可以大大进步浸提率[12]。
3.2在大豆加工中的运用
纤维素酶用于对大豆的处理,可以促使其大豆快速脱皮,与此一起,因为纤维素酶可以损坏其细胞壁,然后使得包含在细胞中的油脂和蛋白质彻底的分脱离来,导致大豆和豆饼中提取优质的水溶性蛋白质和油脂的得率显着增加，不光下降了出产本钱，并且还显着地缩短了出产时刻,更是进步了出产产品的质量。
3.3在茶叶加工中的运用
跟着茶饮料工业的快速展开，茶水饮料出产的办法渐渐地由开始饮料厂的全程出产办法向由质料厂商仅仅出产茶浓缩汁这一办法过度,这就使得我国的茶叶浓缩汁、速溶茶等出产展开快速。跟着近现代生物技能的快速展开,外源的生物酶在茶叶提取、加工中得到充沛的运用。酶法提取的原理为运用其纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等水解酶分化茶叶的细胞壁,使得细胞结构损坏,导致茶叶中的有用成分快速分散与浸出,有利于进步固形物的溶出和浸提率。在茶叶提取出产的进程中，纤维素酶可以进步其可溶性糖类的含量以及水浸出物得率，并且还可以促进氨基酸、茶多酚、咖啡碱等物质的溶出，有利于开释出芳香性物质，有显着的增香作用[13]。
4纤维素酶在酿制、发酵工业中的运用
4.1在酱油、食醋酿制中的运用
酱油酿制首要是运用蛋白酶及淀粉酶等酶类对质料进行相应的酶解，而在该进程中假如增加运用纤维素酶，就可以使大豆等质料的细胞膜软化、胀大等细胞损坏作用愈加显着，使得包藏在细胞中的碳水化合物、蛋白质等顺畅开释，然后缩短酿制时刻，并且可以显着进步产率及质量，使酱油中的复原糖和色度显着增加，风味得到显着改进[14]。在食醋酿制进程中，通过纤维素酶与糖化酶混合运用，可以显着进步质料运用率及出品率。郝建新等以绿原酸为点评目标，进行了增加纤维素酶发酵醋的工艺研讨。成果发现，运用纤维素酶等酶后，得到的发酵醋色泽弄清，并具有醋特有的香气，口感也很柔软，并且具有比较好的体外抗氧化的作用[15]。
4.2在啤酒加工进程中的运用
把纤维素酶运用在啤酒工业的麦芽出产傍边，可以增加麦粒等的溶解性，削减糖化液中R-葡萄糖的含量，显着进步过滤功用。张麟等对啤酒糟进行了研讨，发现预处理进程中增加纤维素酶水解比只用机械处理得到的可溶性糖含量有显着进步[16]。
4.3在饮猜中的运用
冯丹等用新鲜的豆渣为原资料，运用纤维素酶对质料进行酶解，可以取得其水溶性膳食纤维等提取液，增加辅料可混合调配成一类酸甜适口，系统均一，味道纯粹，并且具有必定保健功用的膳食纤维类饮料。且研讨发现其具有较好的安稳性[17]。
4.4在酒精发酵中的运用
通过在质猜中增加纤维素酶来酿酒，可以增加出酒量，节省粮食20%左右，并且酿出的酒酒味醇香，杂醇油含量低。尤其是白酒傍边，增加纤维素酶今后，可以一起将淀粉和纤维素转化为可发酵性的糖，再通过酵母分化而悉数转化为酒精，进步出酒率且酒的质量纯粹。在实践出产中运用纤维素酶，不只可以进步发酵产率，并且可以显着缩短发酵时刻[1]。此外，运用纤维素酶水解木质素出产乙醇用于化工、动力等方面关于现在的全球资源缺少现状的缓解也具有重要含义。
5纤维素酶在纤维废渣收回运用方面的运用
运用其纤维素酶或微生物,把农副产品、城市废猜中的纤维素进一步转化成为酒精、葡萄糖和单细胞蛋白质等产品,这关于拓荒食物工业的原资料来历、供给新式动力和变废为宝等方面具有十分重要的价值和含义。例如纤维素酶运用于动物饲料的增加剂、纺织、造纸、医药保健、石油挖掘、新式动力、环保等范畴都具有很大的潜力。
6展望
篇6
要害词：药渣；纤维素降解菌；挑选；纤维素酶
中图分类号：Q93－331；Q946．5文献标识码：A文章编号：0439－8114,201204－0689-03
江西省现有中成药出产企业近百家，这些企业每年发生近100万t抛弃中药渣，而全国每年发生1 000多万t中药残渣［1］。药渣构成很多环境污染的一起也增加了企业处理这些药渣的经济负担，怎么有用处理这些药渣的问题已日益杰出［2］。药渣首要组分包含纤维素、半纤维素和木质素，其间纤维素是限制药渣降解的重要要素。运用传统的物理化学办法，如酸处理、碱处理以及蒸汽加热等办法处理药渣等，存在反响条件剧烈、设备贵重、本钱较高、带来新的环境污染等问题［1－3］。而运用投加纤维素高效降解菌的办法经济、有用，正逐步成为当时的研讨热门［4］。近年来，国内外关于纤维素降解菌和纤维素酶的报导较多，但大部分研讨会集在对秸秆的降解上，关于药渣降解的报导甚少。本研讨的意图便是运用以纤维素为专一碳源的办法从堆肥中开始挑选高效无毒的好氧纤维素降解菌，再从中复筛出较好的菌株，以便开发药渣好氧堆肥的高效微生物菌剂。
1资料与办法
1．1资料
1．1．1含菌样品2009年10月中旬，收集森林中堕落的楠木、长时间堆积而堕落的松木以及腐朽的植物下表层湿润肥美的土壤，收集长时间堆积药渣被污染的表层肥美的土壤以及深层封土、牛粪堆肥等共10份样品。这10份样品包含植物样品4份、土壤样品6份。收集样品后当即带回试验室接种，进行富集培育。
1．1．2培育基［5］富集培育基：K2HPO4 2．0 g，,NH42SO4 1．4 g，MgSO4・7H2O 0．3 g，CaCl2 0．3 g，FeSO4・7H2O 5．0 mg，MnSO4・H2O 1．6 mg，ZnSO4 1．7 mg，CoCl2 2．0 mg，药渣粉30 g，用去离子水定容至1 L。羧甲基纤维素钠,CMC-Na固体培育基：CMC－Na 15．0 g，NH4NO3 1．0 g，MgSO4・7H2O 0．5 g，KH2PO4 0．5 g，琼脂20 g，用去离子水定容至1 L，pH天然，121 ℃灭菌。纤维素－刚果红固体培育基：KH2PO4 2 g，MgSO4 0．5 g，,NH42SO4 1 g，琼脂20 g，刚果红0．2 g，CMC－Na 20 g，NaCl 0．5 g，用去离子水定容至1 L，pH天然，121℃灭菌。液体产酶培育基：CMC－Na或许药渣26 g，NH4NO3 1．0 g，KH2PO4 1．0 g，MgSO4 0．5 g，蛋白胨1 g，酵母膏1 g，pH 7．0～7．5，121 ℃灭菌。
1．2办法
1．2．1菌种富集称取菌种来历样品5 g，参加以药渣为专一碳源的100 mL富集培育基中，28 ℃恒温振动培育7 d，汲取5 mL培育液转入新的富集培育基，富集3代。
1．2．2菌种初筛取富集3代的培育液恰当稀释，在纤维素-刚果红固体培育基上别离纯化菌种，调查平皿上是否呈现水解环以及水解环的巨细。一起参阅水解环发生的先后和清晰度，开始比较不同菌株的纤维素酶酶活，并确认用于酶活测定的菌株。
1．2．3菌种复筛将别离得到的优势菌株别离接入液体产酶培育基，37 ℃振动培育4 d，将发酵液用2层纱布过滤，滤液于4 ℃，5 000 r／min离心20 min，上清液即为粗酶液。
1．2．4酶活测定［6，7］选用DNS复原糖法测定各纤维素酶酶活。全酶活,FPA的测定：取2支25 mL刻度的试管，各加0．2 mL酶液，再加pH 4．8的醋酸缓冲液1．8 mL。测定管参加1 cm × 6 cm滤纸条，充沛浸泡
