植物纤维化学范文
时间：2023-03-19 00:57:48
植物纤维化学范文第1篇
关键词：林产化工；课程实验；教学改革
根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》，高等教育应优化结构办出特色并重点扩大应用型、复合型、技能型人才的培养规模。我校作为我国林业和生态环境领域高等院校的排头兵，正全面进入向研究型大学发展的转型期。学校正逐步深化6项改革(教学科研、学科管理、人事制度、内部治理结构、产学研合作、大学文化)，以创新人才培养为根本，以学科建设为龙头，以实际人才建设为突破，以体制机制改革为动力，以办学条件建设为支撑，向建设“国际知名、特色鲜明、高水平研究型大学”的目标迈进[1]。倡导素质教育和创新人才的培养，逐步构建以个性和创新原则为核心的教学新理念已成为我校建设和发展的重要指导思想，并将贯穿于大学生培养的每个教学阶段[2]。
1 实验教学在植物纤维化学课程中的重要性
植物纤维化学作为我校部级特色专业—林产化工的一门重要的专业基础课，主要研究木质纤维原料的生物结构及其所含各组分，特别是纤维素、半纤维素和木素3种主要组分的化学组成、化学结构、物理和化学性质[3]。随着石油、天然气、煤炭等不可再生的化石能源的日益枯竭，各国掀起了生物质资源利用研究的热潮。林木生物质作为其中一种重要的可再生资源，可通过化学和生物加工产生具有高附加值的化工中间体、精细化学品、材料和能源，从而缓解化石能源危机，减少温室气体排放，促进社会可持续发展[4]。前国务院副总理李岚清同志曾指出“大学本科的教育重点在于教好基础课和专业基础课，要使学生知识面宽一些，为学生今后的学习和发展打下一个好基础”[5]。作为一门理论性和实践性均较强的课程，植物纤维化学涉及诸多基础理论知识，包括植物学、仪器分析、有机化学、物理化学等，同时涵盖了林产化工的纸浆造纸、香料与色素、松香松节油、天然高分子等众多专业领域，是培养该学科创新型人才最重要的基础课程。作为创新型、应用型人才培养环节，实验教学在培养学生“知行统一”方面起着重要的作用。通过植物纤维化学的实验教学，不仅能使学生加深对基本理论的理解，熟练掌握实验方法及基本操作技能，而且激发了学生的学习兴趣，培养其观察、分析和解决问题的能力，养成严谨、细致、实事求是的科学态度，它是提高学生实践能力、创新意识和创新思维的重要手段。
实验教学是教学体系的重要组成部分，是一个系统工程。不同于理论课的讲授，实验教学是以学生为主体，学生在教师的指导下动手完成教学内容，并通过教师的引导和启发来分析和解决实验过程中出现的不同现象和问题。由于个体差异，即便使用同样的原料、试剂和操作指南，实验过程和结果都可能不同，这也就促进了大学生通过对实验结果的对比、分析，对实验过程中的现象和问题进行深入、全面的思考，提出可能的影响因素及解决问题的思路。它打破了理论课程统一计划、统一模式、同一标准、批量生产的教学模式，是现阶段教学过程中最有条件、最容易培养综合能力的教学环节。同时，实验教学过程中学生和教师的互动交流，使学生逐步学习到教师分析、解决问题的思维模式和应对方法，获得潜移默化的影响，接受到无法用言语表达的源自实践活动的默会知识[6]。
在当今的知识经济时代，教师的工作应该实现由“教书”向“育人”转变，从“教会知识”向使学生“学会学习”，使学生的学习从“接受”向“创造”转变，实现经验型教师向研究型教师的转变，真正落实“以人为本”的教育方针[7]。这就要求教师不仅要系统掌握所教课程的基础知识，还要具备研究问题的素养和能力，善于把研究与教学实践结合起来。实验教学所需要的创造性和探究性能力，可以作为提高教师研究素养的一条有效途径。对于林产化学加工工程这门学科，利用林木生物质基原料研发生产材料、能源及化学品是当今世界各国研究的热点领域，是缓解化石能源危机、优化能源结构、减少温室气体排放、保护生态环境和促进社会可持续发展的重要举措。因此，从事相关领域教学工作的教师应抓住这一契机，努力提升自身科研水平，利用我国丰富的林木生物质资源，为促进我国生物基产品产业发展贡献自己的力量。
2 目前实验教学存在的问题
2.1 实验室建设投入的不足
高校实验室是进行实验教学，开展科学研究的重要基地，但是各个专业实验室往往存在着实验经费短缺、仪器设备老化、设施落后等现象，严重影响了实验教学质量的提高和学生综合能力的培养。例如，木质纤维原料基本成分中木质素含量的测定包括酸不溶和酸溶木质素两个部分，酸溶木质素的测定需要使用紫外分光光度计，而酸溶木质素含量测定的内容并没有列入传统实验讲义中。另外，采用硫酸水解法测定酸不溶木质素含量的同时，纤维素和半纤维素降解成单糖溶解于水解液中，通过高效液相色谱或离子色谱分析可测定其单糖的组成及含量，进而可以分析得到纤维素组分的含量和半纤维素组分的组成及含量，也是对原有实验中α纤维素和聚戊糖含量测定的进一步验证(见表1)。由于经费有限，林化实验室没有购进现代化的分析仪器，此分析方法在实验讲义中也未予以考虑。
实验室师资队伍的建设直接关系到实验教学质量和实验水平。林产化工专业的指导教师不仅要熟悉木材成分、松香松脂、植物精油、活性炭等专业知识，还需具备有机化学、高分子化学、分析化学等基础理论知识，具有较强的综合知识能力。因此，实验教师岗位的配备和专业技能的培训极其重要。目前我院严重缺少实验指导教师，每位教师通常身兼仪器采购、实验准备和实验教学等数职，工作压力较大。对于验证型实验来说，一位指导教师指导十余位学生还能基本完成，但是对于具有专业性和创新性的研究型实验，则是不可能完成的任务。
植物纤维化学范文第2篇
关键词：近红外光谱；植物成分；预测；定量分析
目前国内尚未有可广泛适用于大多数植物原料成分定量分析的方法，在纺织领域一般采用国家标准GB/T 5889―1986《苎麻化学成分定量分析方法》。但是由于使用化学方法对一种植物的化学成分分析一般需要一周的时间，对于需要对大量原料进行分析的厂家而言耗时太长。因此一种新型快速的可以普遍使用的植物成分分析方法亟待解决。
近红外光谱技术作为一种分析手段是从上世纪50年代开始的，并在20世纪80年代以后的10多年里发展最快，最引人注目的光谱分析技术，是光谱测量技术与化学计量学学科的有机结合。但是由于技术上的原因，一直以来这种技术的发展受到阻碍，没有广泛地应用于化学计量领域；近几年随着计算机技术的迅速发展，以及化学计量学方法在解决光谱信息提取和消除背景干扰方面取得的良好效果，近红外光谱定量分析技术又重新受到大家的关注并逐渐发展起来[1]。
1近红外光谱预测物质化学成分含量的基本原理及流程
近红外光是介于可见光(VIS)和中红外光(MIR或IR)之间的电磁波，是人类最早发现的非可见光区域。美国材料测试协会(ASTM)将近红外光谱区定义为波长780 nm~2526 nm的光谱区，习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780 nm~1100 nm)和近红外长波(1100 nm~2526 nm )两个区域[2-3]。
当一定频率的近红外光通过具有特定结构的物体时，一些分子对近红外光进行吸收，并产生了伸缩振动和弯曲振动，从而形成了红外吸收谱带。由于近红外谱区与分子倍频、合频振动频率相一致，因此只有振动频率在2000cm-1以上的振动才能在近红外区内产生吸收谱带，而在2000cm-1以上产生的基频振动主要是含氢基团[4-5]。
1.1朗伯-比尔定律
与其他光谱法一样，近红外光谱法亦有其一定的理论基础，其定量分析的理论基础为朗伯-比尔(Lambert- Beer)定律[4]。可以将它看作是分子振动原理的宏观表示，对于含种物质成分的混合溶液而言，其完整的数学表示式为
式中 ―― 吸光度，是波长的函数：
―― 吸收层厚度，mm；
―― 对应成分的浓度，g/dL；
―― 成分的吸收系数，g/dL・mm；
―― 透过率，对应出射光强与入射光强之比。
由朗伯-比尔定律可以看出：物质的吸光度与成分的浓度、吸收系数和吸收层的厚度存在一定的数学关系。厚度一定的情况下，通过校正样的浓度测量值可以得到近红外光谱与物质吸光度的关系，从而得到校正模型；又通过对待测样品的近红外光谱的采集使用校正模型来预测待测物质化学成分的浓度。
1.2近红外光谱预测流程
近红外光谱对物质成分预测的流程图如图1所示[4]。
图1为使用近红外光谱分析方法对待测物进行预测的分析流程，分为校正过程和预测过程两部分。首先选择具有代表性的校正样品，校正样品分为两份，一份通过化学方法对其成分含量进行测定，另一份进行近红外光扫描得到近红外光谱。为了消除噪声等因素，光谱进行预处理，预处理后的光谱和根据化学方法测得的成分含量利用多元校正方法得到此近红外光谱校正模型。这样再对其他待测样品进行分析时，只要得到它们的近红外光谱，通过校正模型就能快速地预测待测样品化学成分的浓度。
2近红外光谱对植物化学成分进行预测的研究现状
随着新型纤维原料的大量开发，植物原料化学成分分析方法得到大量使用，由于化学方法的一些不足，一些学者逐步开始对新型化学成分分析方法的研究，近红外光谱技术由于其独特的优势，近年来也出现一些使用此方法来进行对植物某些成分的预测研究，得到了一定的成果。
福建省农业科学院的沈恒胜等使用近红外漫反射光谱法分析稻草纤维及硅化物组成研究，研究结果表明纤维素在叶茎鞘和整株稻草中的预测值与化学分析值间的相关性分别为0.8558和0.6427，说明NIR技术对植物单一部位的纤维素具有一定的预测能力[6]。
随着技术的发展，使用近红外方法对植物纤维素的预测精度大幅度提高。吴军等使用近红外反射光谱对玉米秸秆纤维素含量进行研究，预测值与化学值的相关系数达0.9953，最大相对误差仅为5.20[7]。昆明卷烟厂的段焰青等使用NIR技术对烟草中的纤维素含量进行预测研究，通过对模型的优化后，预测结果表明，该NIR模型预测纤维素的相关系数为0.9649，实际预测的平均相对偏差
近年来，NIR技术进一步发展，其可对植物多种化学成分进行同步测量，从而加快了植物成分预测速度。聂志东等对苜蓿干草主要纤维成分使用近红外反射光谱进行研究，纤维素、木质素、半纤维素交互验证相关系数RCV分别为 0.97、0.94、0.29，表明利用NIR技术可以准确分析苜蓿干草中纤维素和木质素含量，但不能进行半纤维素的实际预测[9]。通过刘丽英、陈洪章使用近红外漫反射光谱对玉米秸秆组分含量进行研究，纤维素、木质素、半纤维素和水分预测值与化学值相关系数分别为0.9592，0.9228，0.9312，0.9317，因此，近红外光谱技术亦可对半纤维素和水分等成分进行预测[10]。
3近红外光谱方法进行定量预测的优缺点
作为一种现代分析技术，近红外光谱技术具有很多经典分析技术达不到的优势；然而由于近红外光谱技术发展起步较晚，也有一些不足[2, 5, 11]。
3.1近红外光谱技术的优势
（1）预测速度快。通常一个样品几分钟内就可以完成测试，大大缩短了分析时间。
（2）无损分析测定。近红外光谱分析不需要经过化学过程，不产生化学变化，从而使测量更准确，且不产生污染。
（3）多种成分同时分析。只要建立适当的数学模型，根据采集的光谱数据可以同时对物质所含的多种成分进行分析预测，进一步缩短分析时间。
（4）样品制作简单。样品制作不需要复杂的加工，不需要其他的预处理，而且可以重复使用。
3.2近红外光谱技术的不足
（1）数学模型的局限性。由于机器制造和老化程度的不同，使用此方法求得的数学模型只适用于一台机器，因而不具有普遍性。
（2）校正样要求严格。校正样待测化学成分要求与预测物质待测化学成分一致，而且浓度范围要覆盖预测物质化学成分的浓度。植物纤维原料化学成分复杂，不同植物间同一种成分浓度差别较大，对预测模型的建立造成一定困难。
（3）准确度依赖于校正样品测量方法的准确度。由于通过建立模型来预测物质浓度，模型的建立依靠校正样通过其他方法测量的浓度，因此使用模型对其他样品进行预测时，得到的浓度准确率肯定不高于校正样品的准确率。
4结论与展望
近红外光谱技术作为一种无损、快速的现代测试技术，其独特的优势得到越来越多的关注，并逐步应用到各种定量分析中。但在纺织领域使用近红外光谱技术对植物纤维原料成分的定量分析尚未见诸报道，利用NIR技术在纺织领域中的应用，将为纺织领域快速预测植物纤维原料化学成分测试分析开辟一个新的方向，NIR技术无损、快速的特点将会提高原料分析速度，提升生产效率。但是我们不能忽视使用近红外技术遇到的问题，其对于植物复杂成分的分析适用性和准确度还有待提高，特别是精确的化学分析方法和多元校正方法的研究对近红外技术分析及精确程度的提高会有很大帮助。
（作者单位：青岛大学纤维新材料与现代纺织实验室）
参考文献：
[1]高荣强，范世福． 现代近红外光谱分析技术的原理及应用[J]．分析仪器，2002(3)：9-12．
[2]冯放．现代近红外光谱分析技术及其应用[J]．生命科学仪器，2005(5)：9-13．
[3]张卉等．近红外光谱分析技术[J]．光谱实验室，2007，24(3)：380-387．
[4]王丽杰．快速检测牛奶成分的近红外光谱测量方法及系统研究[D]．哈尔滨理工大学，2006．
[5]许琼，马国欣．近红外光谱技术在化学分析方面的应用进展[J].生物及医药，2007(3)：123-124．
[6]沈恒胜. 近红外漫反射光谱法(NIRS)分析稻草纤维及硅化物组成研究[J].中国农业科学，2003，36(9)：1086-1090.
[7]吴军等．近红外反射光谱法分析玉米秸秆纤维素含量的研究[J].分析化学研究简报，2005，33(10)：1421-1423．
[8]段焰青等. 近红外光谱法预测烟草中的纤维素含量[J].烟草科技，2006(8)：16-20．
[9]聂志东等．近红外反射光谱法测定苜蓿干草主要纤维成分的研究[J].光谱学与光谱分析，2008，28(5)：1045-1048.
[10]刘丽英，陈洪章．玉米秸秆组分近红外漫反射光谱(NIRS)测定方法的建立[J].光谱学与光谱分析，2007，27(2)：275-278．
[11]高荣强，范世福.现代近红外光谱分析技术的原理及应用[J].分析仪器，2002(3)：9-12．
植物纤维化学范文第3篇
关键词：植物纤维;预处理;降解
收稿日期：20120320
作者简介：刘昌华（1984—），男，江西莲花人,昆明理工大学硕士研究生。
通讯作者：孙可伟（1945—）,男,上海人,教授,博士生导师,主要从事环境材料、固体废弃物资源化的研究与教学工作。中图分类号：TQ314文献标识码：A文章编号：16749944(2012)05005303
1引言
随着社会的进步与发展,对石油的需求量大增,使得能源需求矛盾激化,石油的价格激增,而且由于化石能源的不可再生性,迫切需要开发新的能源来替代。作为生物质能的重要组成部分,植物纤维由于其所拥有的可再生性、来源广泛、价格低廉的特点,使其开发利用成为化石能源的理想替代品原料。
植物纤维中的纤维素等成分是当今世界上最丰富的可再生高聚物,是植物通过光合作用而合成得到的,广泛存在于大自然中,每年植物经光合作用产生的物质达上千亿吨,其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10~20倍,远超每年的石油产量,但目前的利用率还不到3%［1］。当前植物纤维的利用的主要瓶颈在于植物纤维的预处理技术和降解工艺的优化。
2植物纤维的特性
植物纤维是构成天然植物的重要组成部分,植物纤维中蕴含的能量属于生物质能,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。纤维素工业主要的纤维素原料是棉花、木材、禾草类植物和韧皮类植物等［2］。
(1)植物纤维是由细胞壁包裹着的空心腔体。植物纤维是由细胞壁组成,细胞壁上的主要化学成分就是纤维素。植物细胞之间有纹孔对,纹孔是植物把水分、养料以及通过叶绿素进行光合作用后的产物不间断地输送到需要的部位的通道［3］。可以认为一根成熟植物纤维就是一个由细胞壁包裹着由其上的纹孔对与其它纤维连同的空心腔体。
(2)植物纤维的主要成分之间互相缠结在一起。根据纤维素化学的观点可知,植物纤维的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素［3］。由于纤维素、半纤维素和木质素都存在大量氢键,使植物纤维中的纤维素被木质素和半木质素以及果胶等牢固的粘接在一起,木质素和半木质素将纤维素包覆在其编织的复杂网络中,溶剂不能顺利的浸入到植物纤维内部,与纤维素、半纤维素和木质素的有效接触面积有限。
(3)植物纤维的主要成分的反应活性不一。纤维素是由葡萄糖单元通过β-1,4糖苷键连接而成的线性高分子化合物。纤维素分子上含有大量的苷羟基和仲醇羟基,这为纤维素的降解提供了可能;纤维素分子内和纤维素分子之间都存在氢键结合,纤维素分子链中有一部分是以结晶形式存在的,是纤维素Ⅰ型,结晶的存在增加了纤维素降解的难度［4］。
半纤维素是植物纤维中除了纤维素和果胶之外的全部碳水化合物,是在植物细胞壁中与纤维素共生、可溶于碱溶液,在酸性溶剂中的溶解度远大于纤维素的那部分多糖［5］。半纤维素具有亲水性能,容易润胀,可赋予纤维弹性。
木质素是有苯丙烷类结构单元组成的复杂化合物,具有使细胞相连的作用,主要存在于木质化植物的细胞中,具有使细胞相连的作用,在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用,强化植物组织,在酸性溶剂中难以水解较易溶于碱液的相对分子质量较高的物质。其化学结构中共有3种基本结构,即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构［6］。
3植物纤维的分解
通过以上分析可知,细胞壁的存在严重制约了植物纤维的降解效率,因此,为了提高植物纤维的降解效率,有效利用植物纤维,就需要对植物纤维进行预处理。植物纤维的分解主要可以分为预处理和降解两个过程。
3.1植物纤维预处理方法
植物纤维的预处理主要作用就是对细胞壁包覆结构的破坏,同时降低纤维素、半纤维素以及木质素之间的结合力,增加其与降解过程中的化学试剂或者微生物以及酶的接触面积,从而达到增大其降解效率的目的。根据不同的预处理手段,可以将预处理方法分为化学法、物理法和生物法。
3.1.1化学法
(1)臭氧法。臭氧法是利用臭氧将植物纤维原料中的木质素和半纤维素氧化分解成小分子。小分子产物有利于生物降解中的微生物繁殖,处理剩余产物相对较纯,便于利用;不过臭氧的能耗较高,需防止泄露。
（2）酸处理。酸处理就是将纤维素原料用稀酸在106~110℃条件下处理几个小时,处理后半纤维素水解成单糖进入水溶液,木质素量不变,纤维素聚合度下降。由于半纤维素的主要组成是木糖,因此稀酸处理所得产物主要含有木糖。
(3)碱处理。碱处理是指用热的或者冷的碱液(NaOH或液氨)对纤维素原料的处理。通过对植物纤维的特点分析可知,碱处理可以有效降低植物纤维中的半纤维素和木质素,并部分降解纤维素。
化学法能较为明显地提高植物纤维的反应活性,提高降解效率;但由于其处理过程中使用化学试剂,对设备防腐要求较高,并且脱除了植物纤维中的一部分组成,不利于材料的充分利用,酸碱的加入使其预处理产物的进一步降解方法受到了限制,只适合于化学法降解。
3.1.2物理法
物理预处理法包括机械粉碎、微波、超声波、高能辐射、汽爆等方法。
机械粉碎是指通过机械方法(如球磨、振动磨等)将植物纤维原料进行粉碎处理。通过机械能使植物纤维发生断裂,并使纤维素与木质素之间的结合变弱,乃至分离。
超声波、高能辐射等方法是通过超声波或者高能射线辐射对植物纤维进行处理,使纤维素分子中的氢键得到破坏,有效降低纤维素的结晶度,同时使纤维素、半纤维素以及木质素之间的结合力下降,变成松散的结构。
微波法、汽爆法等是指在微波或者高温高压的条件下使植物纤维细胞壁内的水分汽化［7］,并与细胞壁内的空气形成高压冲出细胞壁上的纹孔对,由于纹孔对的微细,来不及瞬间完全释放,造成细胞壁的爆裂,使纤维素、半纤维素以及木质素之间的连结变得疏松,降低纤维素的结晶度。
物理处理方法处理过程中不会造成原料损失,通常不用添加其他化学试剂,对环境没有污染,处理后产物能适用于各种降解方法;但物理处理方法也存在能耗高、设备费用高等缺点。
3.1.3生物法
生物法是通过白腐菌等微生物对植物纤维进行预处理,经过处理后,通常植物纤维中的木质素得到有效降解,同时纤维素和半纤维素也得到不同程度的降解［8］。纤维素酶水解工艺中几个关键的问题包括酶的解吸附、不同酶的协同作用、酶的产物抑制的消除、高产纤维素酶的菌种选育和高活力与热稳定性酶的生产及酶水解工艺,这些都是未来的研究重点。
生物处理法具有能耗低、条件温和等优点;但由于微生物的作用周期长,造成生产周期长,不利于实现工业化生产。
3.2植物纤维的降解方法
植物纤维降解的方法主要有生物降解、化学降解等。
3.2.1生物降解
植物纤维的生物降解主要是微生物在酶的作用下的降解［7］。产物可用作燃料以替代传统燃料,植物纤维的生物降解主要包括微生物种类和相应酶的筛选。
植物纤维中纤维素的生物降解大部分都是微生物作用的结果,主要降解途径为基于水解酶的作用,大多为内葡聚糖酶或外葡聚糖酶或类似的酶,主要有外切酶、内切酶和β-糖苷酶,有些酶可能也会裂解成不同种类的多聚碳氢化合物。降解纤维素的主要参与者是纤维素酶类型的水解酶复合物。这些酶主要由真菌形成。半纤维素的降解酶的种类主要有木聚糖酶、甘露聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、阿拉伯半乳糖酶和木葡聚糖酶等多种酶,参与木质素降解有关的酶主要有木植物过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶等。
生物法即酶水解由于其降解过程中不产生任何污染物,具有绿色环保的特点,被认为是很有前景的降解工艺。生物法水解中催化水解纤维素生成葡萄糖需要多种水解酶。酶解糖化工艺中酶的消耗量大,而纤维素酶的合成需要不溶性纤维素诱导,生产周期长,生产效率低。
3.2.2化学降解
植物纤维化学降解是指植物纤维在化学溶剂、催化剂等的存在下在一定温度、压力下降解为液态材料的降解方法,植物纤维的降解主要分为高压降解和常压降解两种。
(1)植物纤维高压降解技术是指在溶剂的存在下,反应条件为:温度200~400℃、压力为5~25 MPa的条件下降解2min至数小时的工艺［9］。其中包括超临界降解,超临界降解技术是用超临界流体(苯酚、水、酒精等)降解植物纤维,使其降解成低分子化合物的工艺。高压降解具有反应迅速,反应容易控制等优点;但对设备要求较高,而且能耗高,限制了其工业应用。
(2)植物纤维常压降解是在降解剂(通常包括溶剂和催化剂)中,在常压条件下使植物纤维降低分子量,使之与降解剂反应转化为分子量分布广泛的液态混合物的过程。常压降解具有反应条件温和、设备简单的特点。
影响植物纤维常压降解效率的因素包括反应条件(温度、时间)、降解剂的选择(种类以及用量)［10~15］。目前各种实验常用的降解溶剂主要有苯酚、环碳酸盐和多元醇等,但各自存在不同的问题,如环碳酸盐具有成本高、回收困难等缺点,苯酚具有毒气大、回收困难等缺点。相对而言多元醇是较为可靠的降解溶剂。常压降解过程通常使用的催化剂是强酸,对生产设备的腐蚀性较高,增加了生产成本。
4结语
目前世界各国对植物纤维的降解做了大量研究,其降解机理已经研究得较为成熟。通过分析植物纤维的特点,根据需要以及用途采用合适的降解方法,并相对应的选择适合的预处理方法,有助于改变当前植物纤维低利用率的现状,有利于提高植物纤维的高附加值利用。
参考文献：
［1］ Krssig H A.Cellulose-structure,Accessibility and reactivity［J］.Amsterdam:Gordon & Breach,2006(27):3 112~3 116.
［2］ S.De Best,Erick J,Vandamme,Alexander Seinbüchel.多糖Ⅱ——真核生物多糖［M］.北京:化学工业出版社,2004.
［3］ 高洁,汤烈贵.纤维素科学［M］.北京:科学出版社,1999.
［4］ Liang C Y,Marchessault R H.Infrared spectra of crystalline polysaccharides.Ⅱ.Native celluloses in the region from 640 to 1 700cm-1［J］.Polym Sci,1959(39):269~278.
［5］ 张小英.土壤填埋降解后丝素纤维的微观结构和力学性能［J］.纺织学报,2008,29(2):7~10.
［6］ Saisu M,Sato T,Watanabe M,et al.Conversion of lignin with supercritical water-phenol mixtures［J］.Energy & Fuels,2003(17):922~928.
［7］ 岳建芝,徐桂转,李刚,等.微波辐射预处理高粱秸秆对酶水解的影响［J］.河南农业大学学报,2010,44(5):549~552.
［8］ 郁魏魏,范雪荣,王强,等.预处理结合纤维素酶处理对醋酸纤维降解的研究［J］.合成纤维,2011(2):27~31.
［9］ Lin L,Yoshioka M,Yao Y,et al.Liquefaction mechanism of lignin in the presence of phenol at elevated temperature without catalysts［J］.Holzforschung,1997(51):325~332.
［10］ 张素平,伟,具文华,严涌捷,等.木质纤维素生物质稀酸水解研究(Ⅰ)——连续水解反应器的研究与开发［J］.太阳能学报,2008,29(5):532~535.
［11］ Yamada T，Ono H.Characterization of the products resulting from ethylene glycol liquefaction of cellulose［J］.The Japan Wood Research Society,2001（47）:458~464.
［12］ 郑丹丹,阮榕生,刘玉环,等.木质纤维素的催化热化学液化［J］.农产品加工学刊,2005,32(2):17~21.
［13］ Sarko A，Muggli R.Packing analysis of carbohydrates and polysaccharides Ⅲ.Valonia cellulose and celluloseⅡ［J］.Macromolecules,1974(7):486~494.
植物纤维化学范文第4篇
一、纤维素成纸的原理
造纸的原料是植物纤维,主要由纤维素构成。纤维素是由葡萄糖分子通过β1,4糖苷键连接而形成的葡聚糖,结构式如图1所示,其中n为聚合度。它不溶于水及一般有机溶剂,在酸中不稳定,在碱中稳定。纤维素分子中含有大量亲水性很强的羟基（图2A）。当植物纤维经提纯并分散于水介质中时,这些羟基发生吸水作用,使纤维润胀（图2B）。当纤维素分子相互靠近时,相邻两个分子中的羟基氧原子通过水桥把水分子拉在一起（图2C）,这就是纸浆用帘子捞出并滤去多余水分后,帘子上所形成湿纸层的内部状态。由于水桥的作用力不强,因此湿纸层的物理强度不大。湿纸层烘干后,纤维素分子间直接形成氢键（图2D）,纤维素分子相互紧密交结,成为具有一定强度的纸张。
二、工业造纸工艺简介
现代工业造纸工艺包括制浆、调制、抄造、加工等主要步骤。
1.制浆
制浆为造纸的第一步,是将木材转变成纸浆,使纤维分离。常用方法有机械制浆法、化学制浆法和半化学制浆法。其中,化学制浆法是用化学药品的水溶液在一定温度和压力下处理植物纤维原料,将原料中的木素和果胶以及油脂、树脂等溶出,并尽可能地保留纤维素和不同程度地保留半纤维素,使原料纤维彼此分离成浆。我国制浆工业主要采用碱法制浆,用碱性化学试剂的水溶液处理植物纤维原料。常用的碱性化学试剂有NaOH以及NaOHNa2S。
2.调制
这是造纸的另一重要步骤,目的是调整产品纸张的强度、色调、印刷性和保存期限,一般可分为散浆 、打浆、施胶与加填等步骤。以打浆为例,其原理是用机械力将纤维细胞壁和纤维束打碎,并将过长的纤维切短,以使纤维素润胀和细纤维化,更多的羟基暴露出来形成氢键,提高纤维的柔软性和可塑性。
3.抄造
这一步骤是使稀的纸料均匀地交织,并脱水,最后得到纸张。将纸浆和辅料分散于水悬浮液中,然后在纸机网上成形,经压榨、干燥而抄成纸的方法称为湿法抄纸。近明出干法抄造工艺,使用胶黏剂将纤维黏结在一起,可以保证成纸的强度。
三、香蕉皮的组成及处理原理
香蕉皮所含主要成分为纤维素（58.5%～76.1%）、半纤维素（28.5%～22.9%）、木质素（4.8%～6.13%）,还有果胶及树脂等。用香蕉皮造纸,利用的是它含有的纤维素,其他非纤维素成分对会对纸的质量产生不良影响,所以都需要除去。碱法蒸煮的主要目的是利用碱性化学试剂尽可能地除去纤维原料中的木质素,半纤维素及果胶也可与碱发生反应,此外树脂、蜡、脂肪等也因发生皂化反应而脱除。下面介绍利用氢氧化钠去除木质素、半纤维素及果胶这三类主要杂质的原理。
1.去除木质素
木质素是由4种醇单体（对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的芳香族高分子聚合物,在无机酸中稳定性高。有时会发生缩聚反应,呈三维网状空间结构。木质素的存在可大大降低纸的强度和寿命,而且它很易氧化形成色素,使纸张老化、变色并发脆。氢氧化钠与木质素作用,使木质素分子链中的氧桥断裂,产生具有酸性的酚羟基,其可形成钠盐,溶于碱液中,从而得以去除。以愈创木基木质素为例,碱处理反应为：
2.去除半纤维素
半纤维素是能溶于稀碱的低分子量聚糖类物质。纸浆中半纤维素的含量增大会降低产品纸的机械强度,但半纤维素在水中的润胀性能好,有利于打浆,所以在工业制浆过程中需适当保留半纤维素。半纤维素可溶于烧碱溶液,比纤维素更易水解,在烧碱溶液中彻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。以聚木糖为例,碱处理反应为：
3.去除果胶
果胶是由不同酯化度的半乳糖醛酸以α1,4糖苷键聚合而成的多糖物质,多以难溶性的钙盐、镁盐或酯类形式存在。果胶如不除去,会使纤维粗硬或成束。碱液可使果胶酸的钙盐、镁盐水解为可溶性果胶酸钠盐而除去,也可通过使果胶大分子断裂而除去。以酯类形式存在的果胶为例,其溶于碱的反应为：
四、香蕉皮造纸学生实验方案
1.实验目的
（1）了解造纸工业中碱煮工艺的化学原理。
（2）体验造纸的基本过程,熟悉造纸的基本方法。
（3）学习打浆机的操作方法和金属网的使用技巧。
（4）建立环保意识,体会充分利用资源的重要性。
2.仪器和药品
仪器：家用打浆机（奶昔机）,600目金属筛网,电热烘箱,烧杯,玻璃棒,电热套。
药品：半熟香蕉皮,40%氢氧化钠溶液,pH试纸。
3.实验步骤
（1）切分：取80 g新鲜香蕉皮,切分至尽量小的碎块。
（2）打浆：向香蕉皮碎块中加入水,至刚好浸没过碎块。用打浆机打浆3～5 min,至呈可缓慢流动的浆液状。
（3）碱煮：将浆液与浓度为40%的氢氧化钠溶液等体积混合,加热煮沸90 min以上。
（4）过滤：用600目金属筛网（大于100目即可）过滤,所得不溶物质的主要成分即为纤维素。
（5）洗涤：用清水冲洗金属筛网中的纤维,至纤维的pH为中性。
（6）浸润：将洗涤后的纤维连同筛网在清水中浸泡8～10 min,使纤维润胀并洗去残余的金属离子。
（7）上网：将浸润后的纤维浆液摇匀,使其均匀地平铺在金属筛网上,厚度以可完全覆盖住金属筛网的网眼为宜。注意厚度不宜过小,否则不能成片。也不易过大,否则较难干燥。
（8）干燥：将平铺均匀的纤维浆液置于电热培养烘箱中,50℃下干燥60～70 min,即得到纸片。
4．说明
（1）笔者根据已有的工业制纸方法及可食性膳食纤维纸的制备方法反复进行实验,摸索药品试剂的用量、每个实验步骤所需的时间及其他实验条件,最后总结出以上利用香蕉皮制纸的简易实验方案。
（2）本法制得的香蕉纤维纸呈浅灰色,基本具备了纸张的功能,可折叠而不断裂,可流畅地在上面书写。但书写力度过大会导致纸张破裂,用力拉扯也可使其断裂。
（3）提高产品纸张质量的方法
① 去除表面残留的胶质
可在碱煮之前采用果胶酶预先去除果胶：将果胶酶与香蕉皮浆液以1:10的比例混合,在pH为7,温度为55℃的条件下水浴加热1 h。
② 提高白度
提高碱液浓度,延长碱煮时间,可提高白度。也可以在碱煮后向浆液中加入次氯酸钠进行漂白。
③提高柔软度和强度
打浆时使浆液尽量细,可提高柔软度。控制适宜的干燥时间,时间太短干燥不充分,不能成纸。而时间过长纸张含水量会过低,强度较差,柔软度也差。可加入增强剂提高强度,如加入聚丙烯酰胺和改性三聚氰胺甲醛树脂。
参考文献
[1] 潘吉星.中国造纸史[M].上海：上海人民出版社,2009
[2] 王忠厚.制浆造纸工艺（第二版）[M].北京：中国轻工业出版社,2007
[3] 祝光制浆造纸技术基础[M]．黑龙江：哈尔滨工程大学出版社,2008
[4] 柳新燕.香蕉纤维的性能与开发利用分析[J].上海纺织科技,1997,5：11
[5] 王拓一.可食性果蔬膳食纤维纸的制备方法[P].专利号200810136829
注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
植物纤维化学范文第5篇
本研究测定龙竹的灰分、水分、综纤维素含量、1％氢氧化钠抽出物含量、冷水抽出物含量、热水抽出物含量、酸不溶木质素含量、酸溶木质素含量、多戊糖含量、乙醚抽出物含量、苯醇抽出物含量等11项指标。各指标均按照造纸原料分析方法国家标准进行测定（GB／T742－2008，GB／T2677．2－2011，GB／T2677．10－1995，GB／T2677．5－93，GB／T2677．4－93，GB／T2677．8－94，GB／T10337－2008，GB／T2677．9－94，GB／T2677．6－94，GB／T2677．7－81）。
2结果与分析
2．1测试结果
对龙竹秆材化学成分测定结果详见表1。其中，参比纤维原料慈竹、毛白杨、云杉、麦草等化学组分相关数据来源于《植物纤维化学》［7］，甜龙竹化学组分相关数据来源于课题组此前相关报道［8］。
2．2测试结果分析
2．2．1木质素木质素是苯基丙烷单元通过碳碳键和醚键聚合而成的三维结构天然高分子化合物［9］。在化学法制浆造纸过程中，木质素是需要去除的主要成分，在蒸煮以及漂白过程中，木质素的含量越高，化学药品的消耗越大，纸浆的得率越低，生产成本越高；若化学制浆过程中木质素残留量多，则非常容易引起纸张返黄［10］。试验测得龙竹秆材木质素平均含量为23．87％，梢部、中部、根部的木质素含量相差不大。龙竹的木质素含量低于慈竹、甜龙竹、云杉等常用制浆造纸原料，与毛白杨和麦草木质素含量接近，说明在化学法制浆的蒸煮、漂白等生产工艺中除去龙竹原料中木质素的成本相对较低。2．2．2综纤维素综纤维素是造纸植物纤维原料除去抽出物和木质素后所留下的部分。综纤维素含量是衡量木质纤维原料的重要经济指标，综纤维素含量的高低对纸浆的得率有很大影响［11－12］。试验测得龙竹秆材综纤维素平均含量为67．64％，其中梢部70．73％、中部67．14％、根部65．05％，在秆材由下到上方向呈递增分布趋势。这一结果与本课题组此前对甜龙竹棕纤维素含量及其在秆材不同部位分布规律的测定结果相一致［8］，也与杜凡［13］等报道的龙竹秆材从基部到梢部维管束密度和纤维比量逐步递增这一结论相吻合。与毛白杨、甜龙竹等原料相比，龙竹的秆材的综纤维素含量较低。若将龙竹作为化学浆生产原料，则纸浆得率可能略低于表1中的其他几种参比原料。2．2．3多戊糖多戊糖是半纤维素的一种主要成分，是由五碳糖单元构成的聚糖混合物，半纤维素含量可以用原料中的多戊糖含量来衡量。在制浆造纸过程中，多戊糖会影响打浆性能和成纸的透明性［14］。较高的多戊糖含量，利于纤维水化，利于分丝帚化，纤维结合的机械强度也相应较好［15－16］。龙竹秆材多戊糖的平均含量为15．88％，高于云杉、甜龙竹，低于其他几种原料，处于中等水平。龙竹秆材中适量多戊糖的存在，对于将其用作纸浆原料是有益处的。2．2．4灰分灰分是竹子纤维经过灼烧后残留的无机物，是表示竹材无机成分总量的一项指标，其主要元素有Ca、Mg、K、Na、Si、P、Fe、Al、I等［7］。对制浆造纸工艺来说，太高灰分会导致碱液不易处理，污染环境［17－18］。从灰分在竹秆的纵向分布来看，龙竹的梢部、中部、根部灰分含量分别为1．09％、1．16％、2．73％，由秆材自上而下呈现出明显的递增分布趋势。究其原因，可能是竹材生长过程中，竹材根部矿物质和硅化细胞不断沉积的结果。此外，通过对比可知，龙竹的灰分含量略高于慈竹、甜龙竹，明显高于毛白杨和云杉，远低于麦草。因此，若以龙竹为造纸原料，应尽可能将竹材不同部位分开处理。2．2．5抽出物抽出物就是植物纤维原料中的非细胞壁物质，分布在细胞内外液中［7］，不同的溶剂对抽出物有不同的溶解度。2．2．5．1冷水、热水抽出物冷水抽出物中主要包含亲水性低分子物质。热水抽出物包含了冷水抽出物和一些多糖类物质，也属于亲水性物质。龙竹秆材冷水抽出物含量为11．28％，热水抽出物含量为11．81％，二者非常接近。该分析结果一方面表明龙竹秆材中单糖、低聚糖、氨基酸、可溶性矿物质等低分子亲水性成分含量显著高于慈竹、甜龙竹、毛白杨、云杉和麦草等原料；另一方面也表明龙竹秆材中淀粉、树胶等多糖组分含量低。淀粉、树胶等组分含量低对于竹材原料储存过程中防虫、防霉是十分有利的。2．2．5．21％NaOH抽出物1％NaOH抽出物主要成分是热水抽出物和脂肪酸及降解过后的半纤维和木质素。1％NaOH抽提物含量高说明竹材中小分子量的半纤维素、木质素及蜡等物质的含量高。龙竹1％NaOH抽出物含量为27．24％，高于毛白杨、云杉和甜龙竹，低于麦草和慈竹。说明龙竹秆材中低分子量半纤维素和木质素等化合物含量没有麦草和慈竹原料高。2．2．5．3乙醚抽出物乙醚抽出物主要是脂类化合物。在碱法蒸煮中，乙醚抽出物过多会产生皂化物；在酸性蒸煮中，乙醚抽出物可能妨碍药液渗透。在蒸煮工艺中，如果原料中乙醚抽提物太多，可能导致糊网，粘纸辊，成纸强度低［10］。龙竹的乙醚抽出物含量为0．44％，对制浆无较大影响。2．2．5．4苯醇抽出物苯醇抽出物包含乙醚抽出物和弱、中极性物质，又称“树脂”。在制浆时，苯醇抽出物会影响化学药品用量、蒸煮时间以及纸浆颜色。龙竹的苯醇抽出物含量为4．80％，高于毛白杨、甜龙竹和麦草。因此，用龙竹作为原料制备化学浆时，应该适量增加蒸煮化学药品用量或适当延长蒸煮时间。
3结论
龙竹秆材化学成分分别为灰分1．66％、木质素23．87％、综纤维素67．64％、多戊糖15．88％、冷水抽出物11．28％、热水抽出物11．81％、1％NaOH抽出物27．24％、乙醚抽出物0．44％和苯醇抽出物4．80％。从细胞壁主要组成成分含量来看，龙竹综纤维素含量高，木质素含量相对较低，满足纸浆工业对原料的基本要求，属于优良的制浆造纸原料，值得在其后适宜的地区推广种植。但是，由于龙竹秆材灰分含量和苯醇抽出物含量较高，且在各部位间分布差异较大，在以龙竹为原料生产化学浆时，应该尽量将不同部位的竹材分开处理，并适当增加蒸煮时化学药品的用量或适当延长蒸煮时间。
植物纤维化学范文第6篇
关键词：造纸法再造烟叶；纤维；物理指标；烟气指标
中图分类号：TS425.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）02-0276-05
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.02.018
造纸法再造烟叶是采用现代提取分离技术与改良后的造纸技术，将烟草副产品及废弃料加工而成的一种“人造烟叶”[1]。在卷烟中添加适量的造纸法再造烟叶，不仅能够有效降低卷烟成本，而且可以一定程度上改变烟气组分，降低焦油释放量[2，3]。随着低焦油卷烟的发展，造纸法再造烟叶作为一种降焦手段在卷烟中的使用范围和比例不断扩大，其降焦作用也得到了卷烟行业的一致认同。但是，掺配造纸法再造烟叶到卷烟后，烟气中CO含量通常较高[4-7]。由于烟草浆料组成成分的特殊性，在制浆抄纸过程中不能满足烟草薄片的物理性能要求，也不能保证纸机运行的稳定性，故生产上通过添加外来植物纤维来解决这些问题[8-11]。添加外来纤维在改善烟草薄片物理性能的同时，不可避免地会对其内在品质产生一定的负面影响，使卷烟产品木质气加重，刺激性增大，口感变差[12，13]。国内关于造纸法再造烟叶生产中外加纤维的相关研究较少，仅仅局限在最基本的物理指标如抗张强度等的影响研究上，有部分报道是关于纤维添加量[14-18]对造纸法再造烟叶部分物理指标的影响；但在外加纤维种类对造纸法再造烟叶物理特性、烟气指标方面的影响报道不多。为此，试验主要比较了不同外加纤维种类对造纸法再造烟叶的物理指标与常规烟气指标的影响，以期探索出合适的外加纤维种类，为改善造纸法再造烟叶的产品质量提供一定的技术支撑。
1 材料与方法
1.1 材料
烟梗和碎片分别为取自某烟草集团的烟梗和红大碎片；碳酸钙、涂布液取自某公司某牌号产品，购买于四川省灵寿县。外加纤维取自海浦籁玛国际贸易有限公司，分别有漂白针叶木浆、漂白阔叶木浆、未漂白阔叶木浆、未漂白亚麻浆。仪器主要有GDC-TQ提取器（济宁金百特生物机械有限公司）、KRK-2500Ⅱ盘磨机（日本KRK公司）、FDA抄片器（法国TECHPAP公司）、TMI72-16-00-0002瓦利打浆机（美国TMI公司）、KBF720恒温恒湿箱（德国BINDER公司）、RM200转盘式吸烟机（德国Borgwaldt公司）、AA3型连续流动化学分析仪（德国Seal公司）、QS-I切丝机（郑州中烟科技公司）。
1.2 试验方法
1.2.1 备料工艺 取一定质量的烟梗，按照料液比1∶6（g/mL，下同）加入相应量的水，置于65 ℃的反应器中反应60 min；碎片按照料液比1∶8，温度60 ℃，在相同的反应器中也反应60 min。反应后，烟梗和碎片分别过滤，进入盘磨机中分别制浆，备用。
1.2.2 制浆工艺 首先，根据工艺条件称取8.33%（纤维占烟梗和碎片总和的百分率）的外加纤维，放入疏解器中用80～90 ℃热水疏解10 min；然后，按烟梗、碎片比例1∶1称取“1.2.1”中的绝干烟梗浆和碎片浆，将烟梗浆、碎片浆和纤维混合均匀后，按照料液比1∶8加水，并放入65 ℃旋转蒸发仪中提取30 min，甩干机甩干后，用打浆机打浆至（38±1） °SR。
1.2.3 抄造成形工艺 根据工艺条件不同，把碳酸钙放入“1.2.2”制备好的浆料中，并加入0.2%的瓜尔胶作为助剂（填料和助剂添加比例为浆料绝干重的百分率），在动态抄片器上抄取片基。工艺流程见图1。
1.2.4 涂布工艺 通过调整A牌号涂布液密度控制样品涂布率在37%左右，采用浸涂方式，将涂布液均匀涂到“1.2.3”制备的片基上，再放入烘箱里105 ℃烘干后，放入恒温恒湿箱中平衡备用。在试验中，注意保证每个处理的片基定量、厚度基本一致。
1.2.5 样品制备 将所制取的PRT片基和PRT成品切丝后置于温度22 ℃、相对空气湿度60%的恒温恒湿箱中平衡48 h，用卷烟打烟器制作成卷烟小样，然后送云南省烟草化学重点实验室进行常规主流烟气指标分析。
1.3 检测方法
卷烟小样物理指标检测方法参照文献[19]的方法；卷烟小样烟气成分分析分别按照文献[20]测定总粒相物和焦油含量，按照文献[21]测定卷烟总粒相物中烟碱的含量，按照文献[22]测定卷烟总粒相物中的水分含量，按照文献[23]测定卷烟烟气气相中CO的含量。
1.4 算方法
对试验数据进行统计分析时，用到了单位质量，如单位质量成品的焦油含量；这是因为在研究PRT的时候，上机卷烟是件很繁琐、样品量要求很大、成本较高的工作，所以一般采取手工打烟，但是手工打烟的均质性不如机卷样品好；同时PRT的抽吸口数没有卷烟多，而各不相同的PRT片基、样品、涂布率、填充值还存在差异。因此，试验为保证手工打烟质量，要求烟支充实、无空头，并尽量减少不同样品间单支卷烟的质量差异，故试验里常规主流烟气数据为检测结果除以成品的绝干质量，即单位质量成品的烟气指标含量。这样，可以使数据在统计分析时，尤其是做对比分析时有较为合理的可比性。
2 Y果与分析
2.1 纤维种类对造纸法再造烟叶片基物理指标的影响
4种纤维对造纸法再造烟叶片基物理指标的影响情况分别见图2、图3、图4。从图2、图3、图4可以看出，外加纤维为漂白针叶木浆时，片基的松厚度、耐破强度、平衡含水率较高；外加纤维为未漂白亚麻浆时，片基的填充值、松厚度较高，但是片基的抗张强度、耐破强度和平衡含水率都较低；未漂白阔叶木浆相对漂白阔叶木浆具有较高的片基填充值、耐破强度、松厚度、平衡含水率和较低的抗张强度。
2.2 纤维种类对造纸法再造烟叶产品物理指标的影响
4种纤维对造纸法再造烟叶产品物理指标的影响情况分别见图5、图6、图7。从图5、图6、图7可以看出，外加纤维为漂白针叶木浆时，产品具有较高的耐破强度、平衡含水率，但是填充值、松厚度略低；外加纤维为未漂白亚麻浆时，产品的抗张强度和耐破强度较低，填充值居中，松厚度略高；未漂白阔叶木浆相对漂白阔叶木浆具有较高的产品松厚度、耐破强度和抗张强度，但产品的填充值略低。
2.3 纤维种类对造纸法再造烟叶片基常规烟气的影响
4种纤维对造纸法再造烟叶片基常规烟气的影响情况分别见图8、图9、图10。从图8、图9、图10可以看出，抽吸口数指标从大到小依次为未漂白亚麻浆、漂白针叶木浆、未漂白阔叶木浆、漂白阔叶木浆，但是总体差异不大；总粒相物和焦油指标的变化规律是一致的，由高到低均为未漂白阔叶木浆、漂白阔叶木浆、漂白针叶木浆、未漂白亚麻浆，但是总体差异不大；CO释放量由高到低依次为漂白针叶木浆、未漂白亚麻浆、未漂白阔叶木浆、漂白阔叶木浆；单位质量片基CO释放量由高到低依次为未漂白阔叶木浆，漂白针叶木浆，未漂白亚麻浆，漂白阔叶木浆。
由此可以看出，未漂白阔叶木浆的总粒相物，焦油和CO释放量都大于漂白阔叶木浆，可能是由于未漂白阔叶木浆中木质素含量较高造成的。木质素是由聚合的芳香醇构成的一种多环高分子有机物，由于其结构复杂，且相对分子质量大，容易引起燃烧不充分，从而产生CO和焦油等成分。综合各烟气指标均较低的是漂白阔叶木浆、未漂白亚麻浆。所以，在保证再造烟叶综合质量的条件下，可以采用多种外加纤维相搭配的方式添加。
2.4 纤维种类对造纸法再造烟叶产品常规烟气的影响
4种纤维对造纸法再造烟叶产品常规烟气的影响情况分别见图11、图12、图13。从图11、图12、图13可以看出，不同纤维种类的再造烟叶产品抽吸口数差异不大；总粒相物，焦油和CO指标及单位质量产品对应烟气指标的变化规律是一致的，由高到低均为漂白针叶木浆、未漂白阔叶木浆、未漂白亚麻浆、漂白阔叶木浆；烟碱指标基本保持不变。由此也可以看出，未漂白阔叶木浆的总粒相物、焦油和CO释放量都略高于漂白阔叶木浆。综合比较常规烟气指标后，发现多数指标均较低的是未漂白亚麻浆、漂白阔叶木浆，这一结果与纤维种类对片基常规烟气的影响相一致。
3 讨论
通过上述不同纤维种类对造纸法再造烟叶片基和产品物理指标进行分析，结果外加纤维为漂白针叶木浆时，再造烟叶片基和产品都具有较高的耐破强度、平衡含水率，但是填充值较低；外加纤维为未漂白亚麻浆时，填充值较高，松厚度较好，但是抗张强度，耐破强度和平衡含水率都较低；未漂白阔叶木浆相对漂白阔叶木浆具有较高的填充值、耐破强度、松厚度、平衡含水率，而抗张强度较低。综合各物理指标后，认为漂白针叶木浆能够提高再造烟叶的物理加工性能。
未漂白阔叶木浆相对于漂白阔叶木浆具有较高的总粒相物、焦油和CO释放量，可能是由于未漂白阔叶木浆中木质素含量较高缘故。木质素是由聚合的芳香醇构成的一种多环高分子有机物，由于其结构复杂，且分子量大，容易引起燃烧不充分，从而产生CO和焦油等。综合各烟气指标后，发现多数指标均较低的是未漂白亚麻浆和漂白阔叶木浆。
试验结果表明，在保证再造烟叶综合质量的前提下，可以采用多种相搭配的方式添加外加纤维，并根据产品需要取长补短。如未漂白亚麻浆有较好的松厚度、填充值，同时烟气成分也较低，利用这些优势有利于保证再造烟叶的综合质量；又如添加漂白针叶木浆则是利用其具有较高的耐破强度等较好的加工性能。本试验在物理特性方面的研究结果与前人研究的多数结论相一致[8，24-26]，由于该领域在烟气方面的研究报道极少，所以本试验主要比较了不同外加纤维种类对造纸法再造烟叶的物理与常规烟气指标的影响，结果表明，从外加纤维的角度来满足造纸法再造烟叶不同的物理特性与烟气指标需求是可行的。
参考文献：
[1] 邱 晔，卢 伟，王 建，等.造纸法烟草薄片对卷烟CO释放量影响研究[J].云南大学学报，2010，32（S1）：130-133.
[2] 郭 盛.造纸法薄片生产工艺的研究[D].武汉：湖北工业大学，2008.
[3] 孙 霞，孙文强.造纸法烟草薄片的研究现状及应用展望[J].华东纸业，2010，41（4）：34-39.
[4] 殷艳飞，王浩雅，向海英，等.造纸法再造烟叶对卷烟CO释放量影响的研究进展[J].中国造纸学报，2013（2）：56-61.
[5] BAKER R R，COBURN S，LIU C. The pyrolytic formation of formaldehyde from sugars and tobacco[J]. J Anal Appl Pyrolysis，2006，77：12-21.
[6] BAKER R R，COBURN S，LIU C，et al. Pyrolysis of saccharide tobacco ingredients：A TGA-FTIR inveagation[J]. J Anal Appl Pyrol，2005，74：171-180.
[7] Mccormack Anthong Deais. Activated carbon cigarette filter： UK2395650A[P]. 2004-06-02.
[8] 刘良才，胡惠仁，温洋兵，等.外加植物纤维对造纸法烟草薄片物理性能的影响[J].中华纸业，2011，32（16）：53-55.
[9] 夏新兴，马 娜，吉 英.小茴香秆造纸法烟草薄片的制造工艺研究[J].中华纸业，2008，29（8）：44-47.
[10] 孙德平，徐建峰，刘良才，等.造纸法烟草薄片打浆工艺和助留滤剂的研究[J].中华纸业，2010，31（22）：43-47.
[11] 孙德平，姚元军，刘志昌，等.Fe-CA仿酶体系处理抄造烟草薄片的研究[J].中华纸业，2011，32（12）：46-50.
[12] DAVIS D L，NIELSEN M T. Tobacco-Production，Chemistry and Technology[M].北京：化学工业出版社，2002.
[13] 汪华文.造纸法烟草薄片在卷烟中的应用效果分析[J].烟草科技，2000（8）：15-18.
[14] 杨淑蕙.植物纤维化学[M].北京：中国轻工业出版社，2007.
[15] 罗 冲，温洋兵，胡惠仁.外加纤维的木质素含量和配比对造纸法烟草薄片物理性能的影响[J].中华纸业，2012，33（16）：14-16.
[16] 李 晓，徐 亮，张彩云，等.木浆纤维加入量对造纸法再造烟叶物理指标的影[J].郑州轻工业学院学报（自然科学版）， 2009（2）：8-10.
[17] 温洋兵，罗 冲，胡惠仁，等.改善造纸法烟草基片松厚度的研究[J].中国造纸，2012，31（4）：30-33.
[18] 李成刚，王爱霞，丁红营.木浆纤维加入量对造纸法再造烟叶感官质量的影响[J].生物技术世界，2012（6）：27-29.
[19] YC/T 16-2014，再造烟叶[S].
[20] GB/T 19609-2004，卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油[S].
[21] GB/T 23355-2009，卷烟总粒相物中烟碱的测定 气相色谱法[S].
[22] GB/T 23203.1-2008，卷烟总粒相物中水分的测定（第一部分）：气相色谱法[S].
[23] GB/T 23356-2009，卷烟烟气气相中一氧化碳的测定 非散射红外法[S].
[24] 罗 冲，温洋兵，李 旺，等.造纸法烟草片基外加植物纤维的优化[J].中华纸业，2013，34（8）：6-10.
[25] 孙中培，刘 清，李世昌，等.烟杆纤维代替木浆纤维制烟草薄片技术探讨[J].烟草科技，1994（6）：2-6.
植物纤维化学范文第7篇
关键词：染整工艺原理；课程教学；课程改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）45-0107-02
染整工艺原理是面向轻化和纺织方向开设的专业必修课，介绍纺织品整理和印染原理与工艺，为纺织印染行业培养能够开发复合型多功能纺织品并制定合理的印染工艺的专业实践型人才。该课程因涉及面广，综合了有机化学、分析化学、植物纤维化学、表面活性剂化学等多个基础课程知识，同时本专业的专用名词和概念庞复繁多，其在一定程度上也提高了教与学的难度。由此，帮助学生更系统的串联起各章节知识点，更深入理解书本上描述的一个个动态过程，区分相似的名词与概念，成为染整工艺原理教学中的难点，而课程改革和教学方法创新正是突破这些难点的有力工具。
一、“染整工艺原理”教学的弊端分析
1.学生对专业课认知程度低。染整作为一项历史悠久的传统行业，许多学生对它的了解还停留在这只是一种古老手艺，没什么科技含量也没什么好学的这样一种认知上。正是由于这种狭隘的认识，降低了学生对于本专业的学习积极性[1]。虽然在大一入学时安排了专业导论课请相关教师和专家做专题讲座，但由于课时有限，很多方面只能“蜻蜓点水”不能具体展开讲解，学生对这门课程的兴趣也没有完全建立起来。之后学生大量时间都投入到了如高等数学等基础课学习，直接接触本专业知识的机会较少。大四开始染整授课，学生又忙于毕业找工作、考研，没有把主要精力放在这门课程学习上，期末靠突击复习草草应付考试。
2.教学内容广，学生基础不扎实。染整课程介绍的内容十分广泛，涉及到如纺织纤维结构和性能、纺织品整理、染料化学、印花等多方面的知识。要深入了解这些主题，需要学生预先在植物纤维化学、有机化学等课程上积累一定的背景知识[2]，比如纤维素的化学性质，表面张力成因，电子云分布对反应性能的影响，亲核加成反应机理等，而这些又往往是学生的软肋。因此教学时经常遇到老师以为学生早就熟悉，而学生却一问三不知的情况，导致老师要占用相当大一部分课时来回顾学生们大二、大三基础课上学过的内容，而原本计划本课程要重点介绍的新内容却因为课时不够只能匆匆带过。
3.理论课形式单调。染整理论课的安排大致上是在介绍完纤维和表面活性剂等背景知识之后，进入印染整理的正题，其讲授基本都遵循从棉纤维及织物、化学纤维及织物、蛋白质纤维及织物这三方面介绍对应的化学药品、工艺原理和工艺流程以及工艺举例的模式。过半的课时连续采用固定的模式教学，难免会让学生缺乏新鲜感。其次课程内容分类偏细，相同工艺的举例偏多，以纺织品的功能整理为例包括了防水、阻燃等九种整理。仅阻燃整理这一项，单棉织物的永久性阻燃整理就介绍了九种方法，且不论还有棉织物的暂时性阻燃整理和半耐久性阻燃整理等等。大量列举虽然有助于丰富课程内容，但由于缺乏生动感并不能提高学生学习兴趣，反而觉得枯燥乏味。
二、“染整工艺原理”教学的改革
1.优化教学方法，丰富教学手段。染整作为一门典型的工科课程，其教学内容主要以介绍定义、概念、原理、工艺等理论性知识为主，课件页面通常布满大段文字。学生由于课前预习不充分所以十分依赖课件，通常会一边听老师讲一边对照课件看，而大段的文字常使学生陷入迷茫不知道老师讲到了哪里，听得似懂非懂，久而久之听课的热情消磨殆尽。因此，课件必须简化，只给出提纲和关键词，让学生明了这节课的主题和重点即可，将学生的注意力从漫无目的的“看”转移到有的放矢的“听”上面来，而对于原理或概念中较复杂的或者动态的描述，老师可以在黑板上现场作图，或者播放相关动画和视频加深学生的印象，帮助理解。例如，表面活性剂中关于洗涤过程和洗涤原理的部分，其实质是在表面活性剂作用下污垢与织物间接触角的变化。老师播放一段洗衣液的广告给学生观看，要求他们重点观察接触角的变化。再如织物印染前处理中烧毛，退浆的部分，可以展示工厂相关操作的照片和录像给学生观看[3]。让学生学习理论的同时，看到工厂的内部环境，设备装置，了解行业发展的实际情况，增加实践知识。
2.布置开放性作业，发挥学生主动性。以往学生做作业只是机械抄写书上的话应付了事，并没有深入理解上课的内容。显然这样的作业方式既耗费时间精力，又达不到巩固已学知识的目的，因此有必要调整作业的形式，结合互联网时代背景下学生普遍喜欢从网络获取新信息的习惯，朝着既能调动学生积极性，又能切实让学生有所得有所学的方向改革。比如老师可以提出一个主题，鼓励学生自己结成几个学习小组[4]，通过不同渠道例如图书馆，互联网等搜集资料做成ppt或学习报告，挑选优秀的在课堂上进行展示[5]。如印花章节，让学生以小组为单位选取一件学生自用的有印花图案的衣服或纺织品，分析其纤维面料的物化特性和印花方法。这样既给了学生选择分析对象的自由，又复习了纤维和印花的相关知识，同时还有展示自己生活的机会。开放性作业的优势在于：①学生为了完成作业必须回看课本了解相关的内容；②开放性作业要求跳脱出课本，促使学生广泛搜集课外信息，丰富作业内容；③优秀作业进行展示的环节将学生的角色从课堂参与者转换成了课堂主讲人，心态也从被动接受转换成了主动分享，激发学生的主人翁积极性；④通过学生展示老师点评的方式，增强学生与老师的互动，活泼了课堂气氛。
3.增加考核渠道，改进考核方式。传统的学生总评成绩由出勤、作业、期末考试卷面成绩三部分组成。以出勤为例，经常出现学生“人在曹营心在汉”的现象，为了全勤来上课却不听讲；再比如作业情况，大部分学生只是机械的抄写课本缺乏深入思考和总结，完全背离作业的初衷；而期末考试的成绩很多是依赖考试前的临时抱佛脚死记硬背来提高；综上三项很难真实反映出学生是否认真听课，听懂了多少，理解的是否正确全面。因此考察应细化到平日课堂教学中来，考核方式也可以多样化，比如随机安排课堂小测，在课尾留出十分钟只针对本堂课讲到的一两个关键知识点提问，要求学生当场书面作答并提交。作答的方式也可多样化，如纤维的缨状微胞理论；防染印花与拔染印花工艺的区别等，允许学生用绘画，列表等自己熟悉的便于理解的方式表达；再如前文提到的ppt作业，在学生展示结束后，老师可以将所有讲述过的内容串联起来进行提问，比如，印花的ppt作业，老师可以对学习小组的每位同学轮流提问：①你介绍的这种印花方法在操作时需要注意什么？②这种印花方法适用于哪几类纤维材料？③这种印花方法应采用哪种染料或涂料？对应的糊料和交联剂有哪些？通过这样的一问一答，老师可以在短时间内全面了解学生的学习情况，随即对教学方案和内容做出调整。
三、结语
《染整工艺原理》作为一门理论性与实践性并重的专业课程，对培养染整方向的未来人才意义深远。在新的时代背景下，要上好这门课，不单要求老师继承精心备课的优良传统，更要求老师与时俱进不断优化改革教学模式，丰富教学内容，加强与学生互动，让学生乐于学，有收获。
参考文献：
[1]储长流，毕松梅，孙.纺织工程专业课程教学现状及存在问题探讨[J].广西轻工业，2010，（5）：112-112.
[2]彭勇刚，纪俊玲，陶永新，等.案例式教学在《染整工艺原理》课程教学改革中的应用[J].染整技术，2012，34（4）：8-10.
[3]张萍，赵志鹏，梁龙，等.纺织工程专业实践教学方式的研讨[J].辽宁丝绸，2012，（2）：35-36.
[4]张荣华，张立峰.现代纺织技术专业核心课程的开发与探索[J].教育与职业，2010，（33）：152-153.
植物纤维化学范文第8篇
【关键词】慢性移植肾肾病/中西医疗法；肾移植；百令胶囊/治疗应用
慢性移植肾肾病(CAN)是指同种异体肾移植数月、特别是1年或数年后，移植肾功能进行性减退，最终肾功能衰竭、恢复透析，组织学上移植肾呈现出间质纤维化、肾小球基底膜增厚、皱缩、系膜基质增多、动脉硬化、小动脉透明变性、动脉血管纤维性内膜增厚、毛细血管基底膜分层、断裂等。目前慢性移植肾肾病、慢性排斥反应、慢性移植物功能丧失、慢性移植物纤维化可以认为是同一个概念［1］。
1西医研究
1.1调整免疫抑制剂Weir等［2］对60例进行性肾功能恶化、活检证实为CAN的肾移植患者减少CsA剂量50%，停用硫唑嘌呤，改用MMF2g/d，以维持免疫抑制治疗,结果37例肾功能得到改善，5例肾功能进一步减退，其余患者的肾功能稳定，CsA减量后没有急性排斥反应发生。亦有报道在器官移植术后应用CSA2～4个月后可产生蓄积中毒现象。随之还可出现移植器官的慢性排斥反应,建议将CsA改为西罗莫司(雷帕霉素)或FK506(他克莫司)［2］。最近国外相继报导了脱氧精胍素(Dsg)、FTY720等新型免疫制剂的动物实验研究,可以预测临床器官移植术后免疫疗法将日趋成熟,前景广阔［3］。
1.2应用血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂或转化酶抑制剂目前，各种细胞因子如趋化因子、共刺激因子、黏附分子等已被证实是有希望的预防和治疗目标。对于TGFβ1基因高产生型的患者移植后不宜使用能够增加TGFβ1的药物或减少其用量,如CsA(能增加TGFβ1产生)，而应采用不升高TGFβ1的药物,如FK506。TGFβ1作为一个关键的纤维发生因子，可能在CAN的发生中起着重要的作用，然而TGFβ1的产生受肾内肾素血管紧张素Ⅱ系统的调节，肾素血管紧张素Ⅱ诱导肾小球系膜细胞产生和分泌TGFβ1，有人对14例CAN进行前瞻性研究，显示血管紧张素I受体拮抗剂洛沙坦可降低血浆TGFβ水平50%以上，故认为洛沙坦对CAN应该会有较好的效果［4］。此外，血管紧张素转化酶抑制剂可能也有类似的效果。
1.3限制蛋白质饮食长期高蛋白饮食可通过累积效应导致肾小球持续高滤过，造成肾小球硬化，限制蛋白质饮食可减少体内代谢产物的生成，达到减轻残余肾单位压力、减少肾小球的损伤、延缓肾功能衰竭的目的。为了防止营养不良，应给予必需氨基酸，补充维生素，限制磷的摄入，并适当补钙［5］。
1.4治疗高血压CAN的患者一般都有不同程度的高血压，高血压可以加重移植肾损伤,加快移植肾功能衰竭的进程。在众多抗高血压药物中，血管紧张素转化酶抑制剂或血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂不仅降压效果较好，还可抑制肾内TGFβ1的分泌，从而可能延缓移植肾纤维化过程［6］。
1.5降低血脂、抗凝治疗其主要目的在于改善肾内血流。有研究显示，应用低分子肝素治疗，对发生CAN的移植肾在形态和功能上都有改善作用。
2中医药研究
2.1百令胶囊百令胶囊的成分为通过人工分离培养获得的冬虫夏草中华束丝孢的一个新种的发酵虫草菌粉制剂，其化学成分和药理作用与天然的冬虫夏草相似。百令胶囊对人体的免疫功能有双相调节作用，有研究结果表明百令胶囊能增强环孢霉素A的免疫抑制功能,并能减轻环孢霉素A引起的毒副反应,还可减少患者尿蛋白的排出，改善或稳定移植肾功能的恶化，延缓CAN的发展进程［7］。另外百令胶囊还能通过诱导淋巴细胞凋亡，抑制淋巴细胞增殖［8］。临床应用的初步结果表明百令胶囊与复方丹参片合用对移植肾的慢性损害有一定的治疗作用，冬虫夏草具有拮抗CsA毒性，促进肾小管上皮生长的作用,丹参能够保护肾小管上皮细胞，提高免疫抑制剂的疗效，改善移植肾功能［9］。
2.2雷公藤多苷(TⅡ)肾移植后的蛋白尿是临床常见的现象,是影响移植物远期功能的一个指标,使用中药雷公藤多苷治疗肾移植后的蛋白尿，取得了满意的效果，蛋白尿明显减少。雷公藤多苷在肾移植术后长期应用也被证实能有效地降低肾移植术后急性排斥发生率，减轻排斥反应的病理程度，降低CAN的发生率,保持移植肾功能长期稳定。雷公藤多苷不良反应轻，适合于长期用药［10］。
2.3丹参注射液研究表明丹参能抑制血小板凝聚，降低纤维蛋白改变血黏度，对肾脏的急慢性损伤具有保护作用，对肾功能衰竭具有改善作用，能够抑制一氧化氮及过氧化产物的过度表达。同时研究也观察到丹参注射液能够改善CAN患者的肾功能，降低总尿蛋白及其组分，包括肾小球性蛋白和肾小管性蛋白，说明丹参注射液对CAN的肾小球和肾小管的损伤都有改善作用［11］。
2.4火把花根片火把花根片主要成分为生物碱、萜类、内酯、酚酸类等，具有祛风除湿、舒筋活络、清热解毒的功效。能抑制网状内皮细胞的吞噬功能，抑制特异性抗体的产生，故具有抗炎镇痛作用，降低毛细血管通透性，减轻组织水肿，抑制病理性免疫反应，对Ⅲ、Ⅳ型变态反应有强烈地抑制效果，还具有类似皮质类固醇激素的作用，且无激素副作用，另外该药并不损伤正常免疫系统及防御性免疫应答，从而不会增加感染并发症［12］。研究在CAN患者中应用火把花根片,发现蛋白尿程度显著减轻，其机制可能在于火把花根片可有效改善肾小球微循环，降低基底膜毛细血管通透性，减少炎性渗出和血浆蛋白漏出，从而减轻移植肾慢性损伤［13］。
2.5补阳还五汤用于肾移植后低热，移植肾轻度肿痛，腹胀有时伴腹泻、肢体浮肿，舌暗，苔薄，脉沉细，治以活血化瘀通络［14］。
2.6知柏地黄汤、二仙汤加减用于治疗肾移植术后免疫抑制剂用量不当，辨证为肾阴阳俱虚，湿浊内蕴。症见肢体浮肿，移植肾轻度肿痛，伴贫血症状，舌红，苔黄，脉沉细。治以扶正固本，清热利水降浊［14］。
3小结
CAN病因错综复杂，大多与HLA位点配合程度、免疫抑制剂的使用剂量、药物的肾毒性、感染、高脂血症等相关。其既有体液免疫介导，又有细胞免疫介导，而以细胞免疫介导的免疫反应作用为主，临床疗效不佳。所以在西医抗排异治疗的基础上，多运用中医理论辨证治疗CAN，以本虚标实、肾虚火旺、三焦湿热为辨证关键。治以补肾固涩、清化湿热为主,调理脏腑阴阳，稳定内环境平衡。祖国医学博大精深，进一步开展病机研究、确立相应的施治原则，相信不久的将来,中医药与西医免疫抑制剂会在治疗CAN这一全新领域达到中西医治疗的完美结合。
【参考文献】
［1］WomerKL,VellaJP,SayeghMH.Chronicallograftdysfunction:mechanismsandnewapproachestotherapy［J］.SeminNephrol,2000,(20):126147.
［2］WeirMR,SchweitzerEJ,YoonS,etal.MycophenolatemofetilreducestheriskofacuterejectionlessinAfricanAmericanthaninCaucasiankidneyrecipients［J］.Transplantation,1998,65:242.
［3］郭斌,范明,陈伟高.FK506的临床研究与应用进展［J］.实用临床医学,2002,3(3):47.
［4］CampistolJM,InigoP,JimenezW,etal.LosartandecreasesplasmalevelsofTGFbetalintransplantpatientswithchronicallograftnephropathy.KidneyInt,1999,56:714719.
［5］BernardiA,BiasiaF,PatiT,etal.Longtermproteinintakecontrolinkidneytransplantrecipients:effectinkidneygraftfunctionandinnutritionalstatus.AmJKidneyDis,2003,41(12):146.
［6］SchwengerV,ZeierM,RitzE.Hypertensionafterrenaltransplantation.AnnTransplant,2001:150.
［7］刘洲,孝晨.广州器官移植学会成立暨学术交流论文汇编［C］.2003:2530.
［8］王苏娅,陈江华,张建国,等.人工培养冬虫夏草百令胶囊诱导淋巴细胞凋亡抑制淋巴细胞增生［J］.中华中西医杂志,2004,5(13):7.
［9］张志宏,张卫东,郭应禄,等.百令胶囊对慢性移植肾肾病的疗效研究［J］.中国现代医学杂志,2007,22(6):50.
［10］季曙明,王庆文,殷立平,等.同种异体肾移植术后长期应用雷公藤多苷的临床观察［J］.医学研究生学报,2007,20(1):5357.
［11］何桂英,刘新宏,王亚丽.复方丹参滴丸对冠心病患者血液流变性的影响［J］.中国中药杂志,1999,30(3):211.
［12］伍新林,李俊彪,莫穗林,等.火把花根片治疗肾病综合征继发脂质代谢紊乱的临床观察［J］.中国中西医结合杂志,2002,22(1):3032.
［13］赵君妍.火把花根片结合西药治疗慢性肾小球肾炎48例［J］.实用中医内科杂志,2001,15,(1):2122.
植物纤维化学范文第9篇
欧洲生物塑料协会主席弗朗索瓦・比耶指出：“大力发展生物基纤维，未来纺织化纤工业的相关技术、工艺、设备、人才、经营模式等方面都要随之发生深刻变化。生物基纤维产业将带给纺织行业欣欣向荣的前景与潜力无穷的提升空间。”。
依据欧洲生物塑料协会的研究报告，生物基纤维是指原料来源于可再生物质的一类纤维，包括天然动植物纤维、再生纤维及来源于生物质的合成纤维，被视为工业时代下天然纤维的延续。生物基纤维具有绿色、环境友好、原料可再生以及生物降解等优良特性，有助于解决当前全球经济社会发展所面临的严重的资源和能源短缺以及环境污染等问题。因为生物基纤维采用农、林、海洋废弃物、副产物加工而成，是来源于可再生生物质的一类纤维，体现了资源的综合利用与现代纤维加工技术完美融合，其纤维纺织品及其他产品亲和人体，环境友好，并有特有的多方面功能，引领全球纺织品及其他产品新一轮的消费趋势。而各国丰富的生物质原料资源储量， 也为生物基纤维的开发开了绿灯。其中，再生生物基纤维以针叶树、木材下脚料、毛竹、麻类、藻类、虾、蟹等水产品和昆虫等节肢动物的外壳为原料，原料广且环保自然。合成生物基纤维采用农林副产物为原材料，经发酵制得生物基原料，制得生物基聚酯类、生物基聚酰胺类等，它们都是极具发展前景的纺织材料。
生物基纤维的发展历程
自古以来，人类的生活就与纤维密切相关。公元前就已在世界范围内得到了应用的麻、棉、丝、毛等，实际上均是生物基纤维。所谓生物基纤维（Bio based fiber），是指利用生物体或生物提取物制成的纤维，即来源于利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的可再生生物基的一类纤维。生物基纤维的品种很多，为了研究和使用上的方便，可以从不同角度对它们进行分类。根据原料来源和生产过程，生物基纤维可分为三大类：生物基原生纤维，即用自然界的天然动植物纤维经物理方法处理加工成的纤维；生物基再生纤维，即以天然动植物为原料制备的化学纤维；生物基合成纤维，即来源于生物基的合成纤维。
与生物基原生纤维悠久的历史相比，生物基再生纤维的历史还较短。最早问世的生物基再生纤维是硝酸纤维素纤维，1883年由J.W.Swan和Chardonnet分别获得专利，1891年规模化生产。随后，各种形式的生物基再生纤维（包括铜氨纤维、粘胶纤维和醋酯纤维）相继问世。从20世纪初期起，还出现了各种再生蛋白基纤维，其中日本东洋纺公司的酪素蛋白基纤维“Chinon”1968年成为世界化学纤维的十大发明之一。可以说，从19世纪末至20世纪30年代是生物基化学纤维的创新与起步阶段。但随着20世纪40年代至50年代，一些以煤化工和石油工业为基础的矿物源合成纤维品种的陆续问世，生物基化学纤维的产量虽然仍在增加，但从60年代中期起增加的速率趋于平稳。由于石油化工为合成纤维提供了大量廉价的原料，从而促进了合成纤维的大发展，其产量于1968年首次超过生物基化学纤维。
由于合成纤维以不可再生的石油资源为基础，其大部分废弃物不可降解，因此不符合可持续发展的要求。于是，从上世纪60年代开始，欧美发达国家开始重新开始重视对生物基化学纤维的研究。1962年，美国Cyanamid公司用聚乳酸制成了性能优异的可吸收缝合线。1969年，美国Eastmann Kodak取得了纤维素新溶剂甲基吗啉氧化物（NM-IVIO）的专利。20世纪90年代以来，已经有一批新型生物基化学纤维实现了工业化。其中最有代表性的是莱赛尔（Lyocell）纤维和聚乳酸纤维。此外甲壳素和壳聚糖纤维、胶原纤维、海藻酸纤维等虽然在服装领域的用量不大，但在医疗领域已经取得重要地位。而曾经在三四十年代昙花一现的大豆蛋白基纤维等再生蛋白基纤维，也因为具有生态纤维的特征而重新受到重视。
本世纪以来，以植物/农作物为原料，运用生物技术制备成纤聚合物的单体，是生物基纤维的主要研究方向之一。而传统合成纤维的成纤聚合物单体一般采用化学方法合成。近年来，纤维科学研究者十分重视运用生物技术合成成纤聚合物的单体的研究。例如日本富士通与本田公司从蓖麻秸秆中研发出新的生物基纤维聚合体用于汽车内饰用织物。法国罗地亚公司采用蓖麻秸秆原料制成了聚酰胺610纤维。其中最重要的生物基化学纤维聚乳酸，其成纤聚合物的单体L-乳酸则是以玉米、山芋等为原料，采用发酵法生产的。美国杜邦公司已在用玉米淀粉制备聚对苯二甲酸丙二醇酯的单体丙二醇（PDO）的技术上取得了重大突破。美国农业集团卡吉尔（CargiⅡ）公司组建了一家新公司，利用生物柴油生产过程中的副产品甘油来生产丙二醇。杜邦公司还开展了用生物技术合成己二腈，再转化为尼龙6和尼龙66的单体己内酰胺和己二酸的研究。
政策导向战略发展
据美国儒士咨询公司最近报告指出，20世纪形成了石油经济和技术体系，2l世纪将会出现生物基经济产业。以生物基工程技术为核心的新型生物基纤维的快速发展，将成为引领化纤工业发展的新潮流。该报告认为，在生物基产业发展初期，社会、环境和战略价值要大于经济价值，国家目标、政府的引导和联盟组织等的支持是取得成功的必要条件，发达国家政府在政策和资金方面的支持强度越来越大。现在世界各国特别是发达国家在恢复经济的长远规划中，均把发展生物产业作为走出困境、争夺高新技术制高点、重新走向繁荣的国家战略。另一方面，重新定义生物基纤维材料不仅是服装、家纺、产业用纺织品的原料，而且是重要的基础材料和工程材料。他们不断进行产业结构调整，逐步把纤维产业转向利润更高、受资源或环境影响更小的高性能生物基纤维的研发和生产。
另据欧洲生物塑料协会的调查资料显示，生物基纤维作为有助于解决当前全球经济社会发展所面临的严重的资源和能源短缺以及环境污染等问题，目前在欧美等发达国家和地区纷纷鼓励开发与使用生物基纤维。如美国能源部和美国农业部赞助的“2020年植物/农作物可再生性资源技术发展计划”，提出了2020年从可再生的植物衍生物中获得10%的基本化学原材料。为支持生物基纤维材料的研发应用，美国能源署（DOE）最近向两个大型研究项目拨款1130万美元。据悉，这两个项目旨在以农业废弃物或木质生物质为原料，研制出造价低廉、性能优异的再生碳纤维材料。据悉，该种材料一旦成功问世，将会有效降低生产成本。此前，为鼓励生产企业用生物基TPU代替传统的聚丙烯腈为原料生产生物基纤维，DOE还向陶氏化学公司、美国橡树岭国家实验室长期提供研究经费援助。
一向以功能性纤维见长的日本化纤制造商正全力聚焦于个人健康、卫生与舒适性的生物基纤维与纺织品方面的发展。2002年6月，日本政府统合了“纤维制品新机能评价协议（JAFET）”。JAFET针对经过生物基技术生产、加工、纺织的化学纤维及成纤聚合物制品的表示用语、评价方法、评定基准等进行了统一，并确立了标志的认证制度，以通过“新机能生物基纤维产品”改善国民生活为最终目的。统合后的新组织具备评定标准部门、试验检查部门、标志推进部门、制品认证部门4个主要部门进行工作推进，以满足生物基市场新需求的高性能、新功能，并且兼顾与环境相协调的新型生物基纤维及其制品日益受到工业企业和消费者的青睐。
在欧洲，意大利政府颁布的《环境保护和减排规划》规定：到2025年服装鞋帽产业与纺织业必须全面使用天然纤维与生物基纤维。而德国、比利时、荷兰等国家也纷纷效仿并制定税收上的优惠政策鼓励生物基纤维的应用，大大促进了生物基纤维行业的快速发展，市场前景一片大好。2011年欧洲共同体就生物聚合物及其纤维的潜在市场制定了有针对性的生物纺织（Biotext）研究计划。组织了德国的ITA、ITCF和Dechema，比利时的Centxbel以及西班牙的Aitex等5家知名的公司与研究所，选择生物聚合物PLA、PHB和淀粉基聚合物为研究对象，开展单丝、扁丝、复丝（BCF、FDY和POY）以及生物增强复合材料的应用研究，将开展共混聚合物的性能界定，实验室规模的验证，探索与确定生物聚合物的改进目标以及确定产品的最适宜使用领域等。Biotext研究计划的目的是为生物高分子材料在高端纺织品上的使用提供技术支持。
另外，雀巢、可口可乐、达能集团、福特、亨氏食品公司、耐克、P&G和 联合利华等跨国公司已携手联合创立“生物基纤维开发产业联盟”。联盟成立的目标是引导负责任地挑选和收割农作物材料，如甘蔗、玉米、芦苇和柳枝等用于制造生物基纤维，并将呼吁行业、学术界和社会各界的专家共同帮助推进工作的实施。旨在鉴定生物基纤维行业的潜在影响及促进这些影响的可能性措施，使生物基纤维行业新兴供应链朝着积极向上的方向发展。
生物基纤维开发应用动向
据德国创恒斯泰技术咨询公司的调研报告，当前在国际利用生物基技术的开发中，最热门也最有市场应用潜力的生物基纤维材料包括纤维素聚合物、生物基聚酯类（PLA、PHB、PTT、PBT、PET等）、生物基聚酰胺类（PAll、PA6、PA66、PA69、PA610）、生物基聚乙烯类、生物基聚丙烯类、生物基PVC类、生物基TPU类以及淀粉基聚合物等。该报告还阐述了这些生物基纤维在环保、节能、康健、亲肤与安全应用领域的无限效益与功能。
例如Regenerated biological basis纤维（RBB-再生生物基），具有优良的人体亲和性，可广泛应用于贴身内衣、家纺、衬衫、袜类、服装、休闲等领域。在RBB纤维开发的纺织品中，以Chitosan纤维（壳聚糖纤维）为例，目前海斯摩尔纯壳聚糖纤维等生物基纤维已突破关键技术并具备工业化产能基础，总体技术水平达到国际领先。Chitosan纤维除了用于医用纺织品与劳动防护用品外，在纺织服装领域，Chitosan纤维吸湿排汗、抗静电、抑菌防霉等功能性，使其特别适合做床上用品、内衣、袜子、毛巾等直接接触皮肤的产品。
又如Elastic biological basis纤维（EBB-弹性生物基），特殊的花生壳截面使EBB纤维具有优良的吸湿排汗功能，具有抗氯性能，能经受一般弹力牛仔布所不能采用的漂白和洗涤环境。EBB纤维用来生产四面弹力织物，高档针织面料，高弹牛仔面料，在牛仔服装、运动服装、衬衣、休闲装、女性套装、裤子等方面得到了广泛应用。
Poly lactic acid纤维（PLA-聚乳酸），这是一种可生物降解的热塑性脂肪族聚酯，它来源于可再生资源如玉米淀粉、甘蔗等。它最大的优点还在于它的环保性，兼有天然纤维和合成纤维的特点， 吸湿排汗均匀、快干、阻燃性低、烟尘小、热散发小、无毒性、熔点低、回弹性好、折射指数低、色彩鲜艳、不滋长细菌和气味保留指数低等。德国亚琛大学纺织研 究所选择生物聚酯为原料进行了系统的纺丝成型试验。在共混纺丝试验中，使用PLA（80%）和PHB（20%）两种组分，制得的长丝纱单丝直径达20?m，其纺织品展现了十分好的使用性能，如优良的渗透性，高吸湿性和良好的水汽穿透性能。
生物基聚酯PTT（聚对苯二甲酸丙二醇酯）作为一种新型生物基聚酯产品，具有其他材料无法比拟的综合性能：它有尼龙（PA）的柔软性，且有更好的色泽度；也有腈纶（PAN）的蓬松性，且避免了磨损倾向；还有涤纶（PET）的抗污性，更有很好的手感；加上本身固有的回弹性和抗静电性，它不仅可以广泛应用于服装和其他纺织品，在医疗非织造领域也有较大的市场发展潜力。据了解，目前，杜邦公司是PDO产品的最大生产商，其PDO产品主要用于生产PTT纤维材料。杜邦已经掌握了PTT纤维产业链的顶端技术――PTT聚酯切片的生产技术。中国盛虹控股集团与清华大学合作，用粗淀粉或生物柴油的副产品――甘油，分别采用两步法和一步法来发酵生产PDO和BDO（1.4丁二醇），开发的新工艺已经提高了克雷伯氏菌的生物量和乙二醇的总产量，并通过添加适量的反丁烯二酸，可增加PDO的生产力度。
在动物基成纤聚合物的生物技术制备方面，蜘蛛丝是力学性能十分优异的天然纤维。近年来，美国杜邦公司运用计算机模拟技术，首先建立蜘蛛丝蛋白基各种成分的分子模型，然后运用遗传学基因合成技术，把遗传基因植入Escherichia coli细菌和P.pastoris酵母菌，可分泌出高分子量的蜘蛛丝蛋白，从而仿制出长度可达1000个氨基酸的蜘蛛拉索丝。
加拿大Nexia公司则使用生物反应器技术，在蜘蛛体外获得了蛛丝蛋白。方法是将能复制蜘蛛丝蛋白的合成基因移植到山羊，山羊生产的羊奶中就含有类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质，这种羊奶中含有经基因重组的蛋白质2g/L～15g/L，用这种蛋白质生产的纤维取名生物钢（Biosteel），其强度比芳纶大3.5倍。该公司正研究如何将羊奶中的蛋白质进行纺丝的问题。他们已和加拿大国防部签署了用这种纤维生产防弹材料的协议，还和美国军队及美国航天局（NASA）达成了有关合作。
为了蜘蛛丝的生产量，一些科研项目已经利用植物来生产蜘蛛丝蛋白。这种方法是将能生产蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给植物，如花生、烟草和土豆等作物，使这些植物能大量生产类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质，然后将蛋白质提取出来作为生产仿蜘蛛丝的原料。如德国植物遗传与栽培研究所将能复制Nephila clavipes蜘蛛拉索丝的蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给土豆，所培植出的转基因土豆含有可观数量的蜘蛛丝蛋白质，90%以上的蛋白质含有420～3600个碱基对，其基因编码与蜘蛛丝蛋白相似。由于这种经基因重组的蛋白质有极好的耐热性，使其提纯与精制手续简单而有效。
通过仿生纺丝技术开发高性能纤维和智能纤维，也是令人瞩目的开发应用方向。日本科学家研究了蚕吐蜘蛛丝的机理。东华大学胡学超等进行了以蚕丝为原料，模仿蜘 蛛的吐丝，通过干法丝制备人造蜘蛛丝的研究。日本科学家还研究模仿酶、神经、肌肉等生物体分子纤维的功能，开发功能更高纤维的技术。例如，通过人工酶加工技术开发消臭+杀菌、止痒+消炎+抗过敏纤维；通过模仿神经开发合成高分子或天然高分子人工肌肉，并应用在调节器等功能设备中。将天然高分子与其他材料复合制备新型复合纤维，例如，丝纤朊/纤维素复合纤维、明胶/纤维素复合纤维、壳聚糖/究兰等天然离子复合纤维等的开发和应用，在日本也是开发的热点。
在纺丝技术的革新应用方面，以植物纤维素为原料的粘胶纤维采用湿法纺丝工艺，不但生产流程长、能源消耗大，而且污染环境。如果采用新型溶剂如NMMO得到的Lyocell纤维，该纤维具有较高的干强、湿强和湿模量，优良的尺寸稳定性，被誉为“21世纪的绿色纤维”。日本东丽公司和京都大学共同研究开发的纤维素纤维“熔融纺丝法”，在维持纤维素特性的条件下能够自由控制分子间氢的结合强度。由于是通过熔融丝进行纤维化，可得到异形截面纤维，并可与异种聚合物生成复合纤维，应用复合纺丝技术，可生产出比天然纤维中最细的海岛棉纤维（1.3dtex）更细的纤维，最细可达0.1dtex。 该公司还通过在纤维素中加入第三成分，缓解氢键结合强度并赋予其热塑性，纺丝后，再除去第三成分，从而维持纤维素所具有的吸湿性、放湿性、显色性及柔软的手感。他们还成功生产出由天然高分子组成的纤维素类纤维丝，利用该技术不仅能够轻松地得到异形剖面等任意剖面形状的纤维丝，而且还能简单地生产出与异种聚合物复合而成的混纺纤维丝等材料。因此，将纤维素改性后所得到的纤维素衍生物在一定条件下进行熔融纺丝，可最大程度地降低环境负荷，提高纺丝效率，省去溶剂使用和回收利用的步骤，缩短流程。因此，再生纤维素熔融纺丝法是最具长远竞争力的技术创新加工方法。
生物基纤维市场发展趋势
随着全球经济快速发展，能源危机与环境污染越来越受到人们的关注。如何保持经济的可持续发展是目前需要迫切解决的问题，而生物技术的持续发展以及生物基纤维材料在常规和高性能产品的日益拓展，将会不断进入更多新的应用领域。
据欧洲生物塑料协会的调研报告显示，2013年全球生物基塑料产能约160万吨，而今后生物塑料将在此基础上逐年攀升，尤其是未来4年，全球生物塑料产能将实现剧增，生物基塑料2018年的年产量将达到670万吨，是2013年产量的4倍左右。该调研报告指出，目前生物基聚合物占世界塑料市场的份额不足2%，但生物技术吸引了全球众多企业的浓厚兴趣，它们争相投入了巨大的人力和财力，并取得了长足的进步。目前在数十种已商业化使用的PA材料中，取之于可再生资源的生物基纤维系列产品，包括PA6、PA66、PA69、PA11、PA610、PA1010及其制品的研究与开发均已相继展开。从美国Rennovia公司基于全球葡萄糖类原料的供给现状以及通过化学催化技术制备生物基己二胺及己二酸技术的商业化现实判断，2022年全球生物基PA66纤维产量将突破100万吨大关。
另据世界著名IHS咨询公司的最新研究报告称，日益增加的消费者压力和日趋严格的法规，将刺激北美、欧洲和亚洲市场对再生纤维素纤维的需求，而再生纤维素纤维资源十分丰富。据统计，目前世界上每年木材的循环量达到1.5 亿吨，可用于再生纤维素加工的材料达到1500万吨以上；竹材循环量达到4000万吨，可用于再生纤维素纤维加工的约500万吨；棉纤维产量达到2400 万吨左右，可用于再生纤维素加工的棉短绒等100万吨左右；麻类纤维材料产量达到300万吨以上，难以直接纺织利用的麻类以及麻秆等都可用作再生纤维资源。
又据美国儒士咨询公司的最新预测报告指出，生物基纤维材料研究的发展与社会、经济和资源、环境的发展紧密相关，所以新的生长点和交叉点不断涌现，并不断向其他相关学科延伸和渗透，这既促进了生物基纤维的发展又丰富了新材料科学的内涵。其发展趋势有：
一是研发对象不断发展。从传统的木材扩展到竹藤、秸秆、草本植物和藻类植物；从天然纤维材料扩展到蛋白基材料以及生物矿物材料；从可再生材料的利用扩展到可 再生能源的利用；从宏观材料的简单初级利用到微观化学成分的提纯、分离的再加工利用：从低价值利用到高附加值的利用。所以近年来生物基产业在主要原料定位上的发展趋势是：由以玉米淀粉、大豆油脂等农产品为主要原料来源向着非食物性木基纤维素等植物残体（Residues）和农林废弃有机物基为主要原料来源的方向发展，以减少对农田的压力和降低原料成本。
二是研发范围不断扩大。未来生物基纤维材料研究与相关学科不断交叉、渗透，新的学科增长点不断出现，从传统的生物学科及其相关的物理、化学学科渗透到材料学科、能源学科、复合材料学等领域。
三是更加注重材料的环保性能。自然界生物在长期进化过程中，利用最简单的成分、最普通的条件获得了最稳定的材料结构，人们可以从这种分级结构中得到启发，通 过生物拟态或者仿生设计制备出性能优越的复合材料，充分发挥生物基材料可再生、可降解利用的优势，特别是节约、降耗、降能是未来材料发展的必然趋势。
四是更加重视材料基本性基的设计要求。未来的生物基材料研究不但注重其基本性基的改进，还注重赋予其新的功能，注重复合化、高性能化、功能化。
五是构筑生物基经济产业。未来将会出现生物基经济产业，生物基产业必将有非常广阔的发展前景。必须指出的是，在生物基产业发展初期，社会、环境和战略价值要 大于经济价值，国家目标、政府的引导和支持是取得成功的必要条件，适时制定符合生物基纤维发展的战略，保证生物基产业的发展从量增长到基的提高。
最近欧洲生物塑料协会指出，亚洲作为生物塑料主要生产中心的地位更受重视，因为当前规划的项目大多将在泰国、印度和中国实施。尽管从中国或全世界看，天然生 物材料的开发利用都处于刚起步阶段，生物基纤维在整个材料结构中所占的比重还很小，但是，生物基材料产业的发展潜力不可估量。中国拥有全球最大的化纤产量和纤维消费市场，目前中国的化纤总产量已占世界55%，是美国和日本等发达国家的5～10倍。因此，从国民经济发展与产业安全、可持续发展的角度考虑，中国化学纤维的品种结构调整迫在眉睫。
随着现代科学技术的发展，新型材料的广泛应用，以及规模化、集约化、自动化生产的需求，中国传统纺织服装工业也在面临产业升级、产品结构调整的巨大挑战。纤 维行业作为纺织原料与创新的源头，应该为中国纺织工业的发展提供重要的支撑与保障作用。因而，因地制宜地编制中国生物基聚合物及其纤维材料的发展规划十分有利于行业的发展。中国纤维工作者应该将其未来较长一段时间内研究的主要方向，为生物基纤维产业的可持续发展和提高人民的健康水平做出重要贡献。制定符合生物基纤维发展的战略，保证生物基产业的发展从量增长到基的提高，生物基产业才会有非常广阔的发展前景；并将对经济社会全局和长远发展具有重大引领带动作用，具有良好的经济效应和社会效益。
植物纤维化学范文第10篇
关键词：高得率制浆；漂白；轻化工程
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）10-0186-02
一、引言
广西大学制浆造纸工程专业始创于1978年。是广西区内高校中唯一的制浆造纸工程本科专业。1998年在原制浆造纸工程、皮革工程、染整工程的基础上更名为“轻化工程专业”。1995年开始招收硕士生，1999年获得硕士点，2005年获得了广西高校博士点建设专项经费的支持。2007年轻化工程专业获广西自治区级优质专业，2008年获国家特色专业。专业主干课程“制浆工艺学”2008年入选广西自治区级精品课程。学科实验条件不断完善，制浆造纸实验室在广西大学自治区级实验室评估中荣获一等奖；恒温恒湿纸张物理检验实验室获得了国家气象计量站ISO认证；先后建立制浆造纸中试、纸杯中试、纸浆模塑制品中试、废水UMAR处理中试、废水Fenton中试等实验室。这为培养学生理论联系实际的能力、锻炼实际动手能力创造了优良的物质条件。轻化工程学科是一门实践性很强的学科，学科实验是帮助学生学好专业理论知识的必要环节和有效途径。专业实验教学是轻化工程专业学生专业理论知识和专业技能培养中的重要组成部分，是学生从基础理论向实践过渡的桥梁。实验能力的高低直接反映了学生的思维能力和动手能力，对学生今后从事制浆造纸专业工作具有不可替代的作用。我校制浆造纸专业开设了植物纤维化学实验技术、制浆造纸实验技术、造纸湿部化学与化学品的应用等实验课程。
二、建设背景
制浆造纸技术工业化的主导工艺制浆可以分为三类：化学制浆、机械制浆和化学机械制浆，后两类属于高得率制浆，原材料利用率高。目前，全国所有轻化工程专业本科实验课程只开设化学制浆内容，均没有开设高得率制浆相关内容的实验课程，导致有些同学毕业找工作以及到高得率制浆工厂工作后受到一些限制。这是由于近百年来化学制浆在国内外均占主导地位，目前占制浆总量的80%左右，但是高得率制浆由于其具备特有的优势而得到大力发展，成为今后发展趋势之一。[2]我院承担的“高配比竹浆生产高档新闻纸的研制与开发”项目以广西丰富的竹子资源为原料，通过开发系列低污染、高得率制浆漂白新技术，生产高档彩色胶印新闻纸。该技术成果达到国内领先水平，获2005年度广西科技进步二等奖，并已成功应用于广西柳江造纸厂。该项目的产业化有利于加快西部地区的竹子产业化进程，保护我国的森林资源和生态环境，具有显著的经济效益和社会效益。为了拓宽学生的知识面及就业面，我校于2010年将生物质精炼以及高得率制浆造纸技术引入轻化工程实验教学中，使学生了解前沿性研究以及当前的制浆发展趋势，实现“人无我有”的特色优势。将高得率制浆造纸新技术融入轻化工程专业本科生实验教学平台，能使轻化工程专业本科生毕业生掌握高得率制浆造纸技术，为广西制浆造纸产业的发展发挥应有的贡献。
三、建设内容
本实验教学单元设置为综合设计性实验，实验内容的设计由学生自己通过查阅资料拟定漂白目标白度，设计漂白工艺条件，由老师检查工艺条件合理性后，分组完成实验，并通过综合分析实验结果得出实验心得。了解漂白时间、温度及漂白流程对纸浆白度的影响，掌握目标与工艺调整方案，着重培养学生漂白组合功效和理解能力。本项目具有较大的柔性和灵活性，体现学生的主体地位和教师的主导作用，充分发挥学生的自主能动性。通过建设丰富了实验内容，增加了实验的自由度，能更大程度的调动学生实验的积极性。
纸浆的漂白是化学药品作用于纤维中化学成分的过程，其主要目的是提高纸浆的白度和白度稳定性，改善纸浆的物理化学性质，纯化纸浆，以及提高纸浆的洁净度。由于木素大分子含有不同的发色基团以及发色基团与发色基团之间和发色基团与助色基团之间的各种可能的联合，构成复杂的发色体系，形成宽阔的吸收光带，因此，从理论上来说，有色物质的脱色或者说漂白是通过阻止发色基团间的共扼，改变发色基团的化学结构，消除助色基团或防止助色基团和发色基团之间的联合等途径来实现。目前纸浆的漂白，无论是使用氧化性漂白剂还是使用还原性漂白剂，都是以上述理论为基础的。[3]
高得率纸浆的漂白属于“保留木素式漂白”，即在不脱除木素的条件下，改变或破坏纸浆中属于醒结构、酚类、拨基或碳碳双键等结构的发色基团，减少其吸光性，增加纸浆的反射能力。这类漂白仅改变发色基团结构而不是溶出木素，漂白浆得率的损失很小。高得率浆的漂白方法主要有两种：氧化漂白和还原漂白。氧化性漂剂有过氧化氢、过醋酸、臭氧等。还原性漂剂有亚硫酸氢盐、连二亚硫酸钠、硼氢化钠等。但由于漂剂成本和漂白效果等原因，目前仅有过氧化氢和连二亚硫酸钠两种漂剂在工业上大规模应用。
碱性H2O2漂白技术广泛用于各类机械浆的漂白。特别是纸浆的白度要求较高时，碱性H2O2漂白比其他漂白技术更为经济有效。H2O2漂白一般比较温和，对木素及其他木材组分的脱除作用较小，所以对机械浆的得率影响较小。过氧化氢是一种弱氧化剂，它与木素的反应主要是与木素侧链上的拨基和双键反应，使其氧化，改变结构或将侧链碎解。过氧化氢还能与木素苯环结构单元反应。木素是机械浆的主要发色源，其发色基团以酮式结构为主。木素结构单元苯环是无色的，但在蒸煮过程形成各种酮式结构后，就变成有色体。因此，过氧化氢与木素结构单元苯环的反应，实际上就是破坏酮式结构的反应，使其变为无色的其他结构，导致苯环氧化开裂最后形成一系列的二元羧酸和芳香酸。[4]
本实验教学单元对原有的氯气、次氯酸盐等含氯漂白技术进行改革，以适应国家环境保护发展要求，开发氧气、连二亚硫酸钠、双氧水等对环境友好的制浆漂白实验技术。为丰富实验教学内容，提高学生实验操作能力，增加挤压设备、高浓磨浆设备，对部分陈旧的国产设备进行改造或替换为代表行业实验最先进的进口设备，如蒸煮设备、打浆设备、纸张抄造设备，融入本科实验教学体系。
高得率浆漂白实验是轻化工程专业高得率制浆造纸实验教学改革的一个重要的工艺实验，通过该实验课的教学，使学生熟练掌握一些基本的分析实验技能，如滴定、药液配制、高得率漂白工艺设计，并掌握一些常规分析仪器和设备的使用，以及培养善于分析问题和解决问题的工作能力。使学生具备初步科学实验的方法和能力以及严格的科学作风，达到进一步理解和巩固理论课所传授知识的目的。
四、结论
制浆漂白技术是轻化工程专业本科生的重要实验教学环节。将高得率制浆漂白引入实验教学环节不仅对高得率制浆漂白工艺的学习有密切地关系，而且对学生从事制浆造纸领域的研究工作能发挥十分重要的作用。我们一方面要通过改革培养方案增加课时数，另一方面要充分利用好现有的课时数，使学生在有限的课时数内圆满完成必须的教学环节，提高教学效果。广西大学轻工与食品工程学院轻化工程系将是国内同类学校中首例将高得率制浆漂白技术融于本科实验教学的高校，写入教学大纲，以后每年都将高得率制浆漂白技术与原有的化学制浆漂白实验课程同时向本科生开出，由学生自主选择设计实验内容，可丰富实验教学内容，提高学生实验操作能力。结合教师承担的相关研究课题，通过开设综合性和创新性实验，不仅能发挥好学生的主观能动性，收到良好的教学效果，而且能为教师分担科研工作，达到一举两得的目的。
参考文献：
[1]宋雪萍，覃程荣，李许生，等.预提取和高得率制浆技术在制浆造纸实验教学中的应用建设[J].轻工科技，2012，158（1）：131-133
[2]聂青，刘智，邱先琴.提高植物纤维化学实验课教学效果的体会[J].湖北造纸，2012，（2）：32-34.
[3]邱先琴，孙凤兰，聂青，等.制浆造纸工程专业实验教学改革探索[J].湖北造纸，2011，（2）：48-50.
[4]陈晓华.速生材CTMP制浆及漂白过程中的发色系统研究[D].北京林业大学，2010.
基金项目：新世纪广西高等教育教学改革工程“十一五”第五批立项项目（2009B003），《制浆造纸实验技术》实验教学改革与实践（2013JGB109）。