玉米秸秆提取纤维素的研究

毛梅芬

摘要：玉米秸稈是一种可再生的绿色生物质能资源，现阶段开发利用率较低。本文以玉米秸秆为原料提取纤维素，对各影响因素进行了探讨。结果表明：进行纤维素提取时，最佳提取条件为NaOH的浓度为6%，温度为80℃，H2O2的浓度为0.7%。本实验对玉米秸秆的高效综合利用具有一定的参考价值。

关键词：纤维素;玉米秸秆;提取

我国每年玉米秸秆的产量约2亿吨[13]，玉米秸秆大多用于秸秆还田、畜牧饲料，还有的直接焚烧，不仅造成资源浪费，而且还污染环境。近年来，玉米秸秆的回收利用逐渐得到社会的重视，把玉米秸秆作为一种化工原料进行开发利用，对于提高玉米的综合效益、保护生态环境具有很好的示范意义。

玉米秸秆含有大量的纤维素等天然高分子物质，是一种绿色的生物质资源，利用价值较高，从玉米秸秆提取纤维素替代部分化工产品，不仅可以变废为宝，而且还可以减少石油化工原料的消耗，促进整个社会的可持续发展。本文以玉米秸秆为原料，首先用甲苯和乙醇对原料进行预处理，然后对玉米秸秆中纤维素的提取工艺条件进行研究，探究了NaOH的浓度、温度及H2O2的浓度等实验因素对纤维素提取的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料及仪器

主要材料：玉米秸秆、蒸馏水、甲苯、乙醇、盐酸、氢氧化钠、双氧水。

仪器：电热鼓风干燥箱，高速万能粉碎机，恒温水浴锅。

1.2 实验方法

1.2.1 玉米秸秆的预处理

把玉米秸秆用蒸馏水冲洗挤压然后沥干，放置于120℃烘箱中干燥24h，用粉碎机粉碎过40目筛，加甲苯和乙醇（v∶v=2∶1）混合液，沸水浴6h;乙醇洗涤，抽滤，加0.1mol/L盐酸，85℃水浴搅拌2h，除水溶性多糖，抽滤，烘干备用。

1.2.2 纤维素提取

取适量的预处理好后的玉米秸秆粉末，按照料液比为1∶30的配比，然后加入质量分数分别为1%、2%、4%、6%、8%的NaOH溶液和含量分别为0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%的H2O2的混合液处理，在分别为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃的温度下搅拌2h，过滤，用蒸馏水充分洗涤滤渣直到溶液达到中性，干燥后就得到了玉米秸秆纤维素。

2 实验结果

2.1 NaOH的浓度对纤维素提取含量的影响

随着NaOH浓度的升高，纤维素提取含量也逐渐增加。这是由于NaOH可破坏纤维素聚集状态，而且纤维素的润胀度也会随着NaOH浓度的升高而逐渐提高，并且NaOH的扩散进入会使纤维素润胀而逐步溶解，因此纤维素的提取含量会随NaOH浓度的升高而升高。但NaOH浓度过高也不利于纤维素的溶解，这是因为随着溶液中金属离子的不断升高，会使溶液的润胀度降低。同时，高浓度的碱性溶液会使纤维素降解。由图1可以看出，NaOH的浓度应当控制在6%。

2.2 温度对纤维素提取含量的影响

由图2可以看出，随着温度的升高，纤维素的提取含量呈现出了先增加后减少的趋势。这是因为温度增高导致NaOH溶液黏度变小，促使纤维素溶出。但温度不断升高，纤维素会发生降解，导致纤维素提取含量降低。因此，为了使纤维素减少因为降解造成的损失，温度应当控制在80℃。

2.3 H2O2对纤维素提取含量的影响

由图3可以看出，随着H2O2用量的增加，纤维素提取含量呈现出了先增加后缓慢下降的趋势。这是因为适量的H2O2在碱性介质中既可以促进木质素的脱除，又可以促进半纤维素的脱除。但当H2O2过量时，纤维素会发生降解，造成纤维素提取含量的下降。因此H2O2的浓度应控制在0.7%。

3 结语

玉米秸秆中的纤维素是一种十分重要的可再生资源，但由于玉米秸秆成分复杂，纤维素的提取分离效率不高。碱性双氧水法是一种比较简便高效的提取方法。以后还需要进一步开发更简洁高效、绿色的分离技术和工艺，以实现纤维素的工业化生产和在其他领域的规模化、高效率化利用。

参考文献：

[1]霍满堂，侯哲生.高压蒸煮法提取玉米秸秆纤维素工艺优化[J].农业工程，2019，（11）：4648.

[2]刘东，张春玉，阚君满，等.玉米秸秆生物降解研究进展[J].科技风，2018，（8）：197198.

[3]赵绘婷，刘振，任秋鹤，等.玉米秸秆纤维素高效分离工艺研究[J].河南科学，2019，37（8）：13281333.