22第二节木素分离与研究课件.ppt

1、1第二节第二节 木素分离与研究木素分离与研究第二章第二章 木素木素-Section 2 Isolation and Study of Lignin234研究木素的结构和性质。研究木素的结构和性质。工业生产的应用。工业生产的应用。测定木素。测定木素。分离过程中尽可能不改变木素的原本结构分离过程中尽可能不改变木素的原本结构得率高得率高纯度高纯度高原本木素原本木素（protolignin）：以天然状态存在于植）：以天然状态存在于植物体中的木素。物体中的木素。分离木素分离木素（isolated lignin）：用各种方法从植物）：用各种方法从植物体中分离出来的木素，又称体中分离出来的木素，又称木素制备

2、物木素制备物。56分离木素的困难分离木素的困难？why木素木素-碳水化合物复合体碳水化合物复合体(Lignin Carbohydrates Compounds)LCC 7（一）植物原料的准备（一）植物原料的准备1 木材的磨碎和筛选木材的磨碎和筛选取通过取通过40目不过目不过60目的部分木粉。目的部分木粉。2 对木粉进行有机溶剂抽提对木粉进行有机溶剂抽提采用苯采用苯-乙醇混合液在不高于乙醇混合液在不高于60下进行抽提。下进行抽提。8（二）（二）木素的分离和精制木素的分离和精制按分离原理不同，可分为两大类：按分离原理不同，可分为两大类：第一类：溶出碳水化合物，保留木素第一类：溶出碳水化合物，保留木

3、素(木素作为残渣木素作为残渣)将无抽提物木粉经水解除去聚糖（纤维素、半纤将无抽提物木粉经水解除去聚糖（纤维素、半纤维素），木素则以不溶性残渣分离出来。如：硫酸维素），木素则以不溶性残渣分离出来。如：硫酸木素、盐酸木素。木素、盐酸木素。这种方法分离的木素其结构已被这种方法分离的木素其结构已被破坏发生了变化。破坏发生了变化。第二类：直接溶出木素第二类：直接溶出木素(木素被溶解而分离木素被溶解而分离)选用与木素不起反应溶剂选用与木素不起反应溶剂,将木材中的木素抽提出将木材中的木素抽提出来或将木素转变成可溶性的衍生物，再用适当溶剂来或将木素转变成可溶性的衍生物，再用适当溶剂抽提。如磨木木素、纤维素酶解

4、木素（中性有机溶抽提。如磨木木素、纤维素酶解木素（中性有机溶剂），二氧六环（剂），二氧六环（dioxanedioxane）木素、乙醇木素（酸性）木素、乙醇木素（酸性有机溶剂）等，木素结构接近原本木素。有机溶剂）等，木素结构接近原本木素。这种方法这种方法往往不能得到木素量的全部往往不能得到木素量的全部,得率低。得率低。91 1 可溶性木素可溶性木素（1）布劳斯（）布劳斯（Brauns）天然木素）天然木素 得率比较低，只是纯天然木素的低分子量部分，通常含有木聚糖和聚酚类物质。（2）贝克曼（）贝克曼（Bjrkman）木素（）木素（MWL）又称磨木木素（Milled Wood Lignin），其制备方

5、法：将充分干燥的脱脂木粉在振动式球磨中，在干燥状态下磨碎48h或者更长（一周），然后利用含少量水的二氧己环(9:1)进行抽提，抽提液经浓缩，得到粗磨木木素。将此粗磨木木素溶于90%的醋酸中，再注入水中沉淀，经干燥而制得MWL。为了进一步精制，将其溶解于1,2-二氯乙烷和乙醇(2:1)的混合液中，再注入乙醚中进行沉淀，之后洗涤、干燥。这种木素主要用于研究木素的结构。10磨木木素的制备方法磨木木素的制备方法 用有机溶剂用有机溶剂抽提后的试样抽提后的试样 试样试样悬浮悬浮 甲苯等非甲苯等非润胀试剂润胀试剂振动球磨机振动球磨机 磨碎磨碎48h或更长时间或更长时间 细磨后细磨后的木粉的木粉 二氧六环二氧

6、六环溶液溶液 二氧六环二氧六环 水水=9 1或或8 2 抽提抽提粗磨木木素粗磨木木素 90%的的醋酸醋酸 水水沉淀提纯沉淀提纯 1,2-二氯二氯乙烷乙烷-乙醇乙醇 溶解溶解 乙醚乙醚 沉淀沉淀 干燥干燥 洗涤洗涤磨木木素磨木木素 11Crude MWL(obtained by extraction of milled wood with dioxane-water)Solution（discard）Precipitatedrying dissolution in ethanol:1,2-dichlorethane (1:2)precipitation in ether centrifugati

7、onSolution（discard）MWLPrecipitateDissolution in 90%acetic acidThe solution is dripped into water under stirringcentrifugationPurification of MWL12What is the difference between hardwood MWL and soft wood MWL?It is notable that MWLs from hardwoods contain larger amounts of carhydrates(a few percent)t

8、han do MWLs from softwoods(trace).The molecular weight of hardwood MWLs is higher than that of softwood MWLs.13（3）纤维素分解酶木素）纤维素分解酶木素（cellulolytic enzyme lignin,CEL）将用振动球磨磨碎的木粉以分解纤维素及半纤维素的酶处理之后，以含水二氧己环抽提，抽提液用磨木木素类似的方法精制而得到。其得率比磨木木素高。CEL和MWL分子量在15000-35000之间，最接近原本木素。纤维素水解酶木素（CEL）比磨木木素(MWL)更能代表木材中的总木素 1

9、4（4）二氧己环木素和醇木素、巯基乙酸木素、水溶助溶木素以及用无机试剂分离的木素，见课本P79-80。n 各种制浆方法所得到的木素各种制浆方法所得到的木素 Soda木素木素 酸法：木素磺酸盐酸法：木素磺酸盐 ；Na2 S/NaHS：硫木素：硫木素 碱法碱法 硫酸盐木素（牛皮木素）硫酸盐木素（牛皮木素）152 2 不溶性木素不溶性木素 A:硫酸木素（硫酸木素（Klason木素）木素）用72%H2SO4处理无抽提物的试样，溶出高聚糖，保留的残渣即为硫酸木素，或Klason木素。该方法由于在制备过程中发生了缩合反应，不适用于结构研究，广泛应用于定量分析定量分析。注意：实际上有少量木素溶于酸液酸溶木素

10、。酸溶木素的含量：针叶材1%总木素=酸不溶木素+酸溶木素16 B:过碘酸盐木素 C:铜氨木素 课本P81。，溶解）碳水化合物的氧化降解过碘酸盐木素：（溶解）碳水化合物的水解酮氨木素：）（碳水化合物的酸水解或混合酸）用得最广。、酸木素(),/(,)()(/(:6233434242IOHNaOHNHCuSOHNaOHHClSOH17 1 酸不溶木素定量法（直接法）硫酸法（Klason木素）2 酸溶木素定量法 紫外吸光光度法 郎伯-贝尔定律3也可利用测定浆料的高锰酸钾值或卡伯值来间接表征木素的含量。The oldest and most common method for the quantitat

11、ive determination of lignin in wood as well as in MP,SMP,SCP is based on gravimetry.One common example is Klason lignin determination.The method can easily be adapted for use on a micro scale.18克拉森木素的制备克拉森木素的制备 6080目的木粉在索氏抽提器中以苯醇混合液抽提6-8h。风干后，精确称量1g移入100mL 烧杯中，加入约20的72硫酸15mL，充分搅拌之后，在20 放置4h，将其移入1000

12、mL体积的三角瓶中，用560mL蒸馏水洗涤后移入三角瓶，加上回流冷凝管，使其煮沸4h，生成的不溶性残渣以已恒重的玻璃滤器抽吸过滤，以热水洗涤，105 烘干，称量。对于酸溶木素的定量，可用紫外光吸收法在205nm 波长处测定。酸不溶木素和酸溶木素之和为原料中总木素含量。19Why is Klason method only applicable to softwood effectively?lKlason method gives correct values for the protolignin of all softwood.lHardwoods,however,contain vari

13、able amount of so-called“acid soluble”lignin.lKlason method is not applicable to herbaceous（草本）plant,containing variable amount of protein,which will condense with lignin when treated with sulfuric acid.20How to adjust the value of lignin amount getting from Klason method?lThe acid-soluble lignin pr

14、esent in the liquor after solid Klason lignin has been removed,can be estimated by UV spectrophotometry.21 Two different methods have been employed for the isolation of lignin from chemical pulps,namely treatment with cellulolytic enzymes and acid hydrolysis.The first method is similar to the cellul

15、olytic enzyme method for the isolation of lignin from wood,the main difference being that chemically pulp unlike wood,is digestible without milling.22 extraction with acetone extraction with dichloromethane acid hydrolysis with 0.1M HCl in dioxane-water 82:18 Evaporation of dioxane,washing of precip

16、itate extraction with pentane PULPPulp residualPrecipitateIsolated lignin23 提取工艺的选择依据提取工艺的选择依据 木素和杂质在溶解性及相对分子量上的不同木素和杂质在溶解性及相对分子量上的不同 不同的溶剂萃取、降低废液不同的溶剂萃取、降低废液pH值和超滤、凝胶渗透等方法。值和超滤、凝胶渗透等方法。废液中木素分离方法准则：废液中木素分离方法准则：（1）分离的木素应有一定的得率）分离的木素应有一定的得率（2）分离的木素应不受污染）分离的木素应不受污染（3）工艺简单，便于操作。）工艺简单，便于操作。241)硫酸盐木素硫酸盐木素

17、 分离原理分离原理 pH10.511内中和木素中的酚羟基，使木素沉淀。内中和木素中的酚羟基，使木素沉淀。酸沉淀和热凝：酸化酸沉淀和热凝：酸化(pH2)、过滤、洗涤、过滤、洗涤 2)木素磺酸盐木素磺酸盐 分离原理：分离原理：长链烷基胺处理，形成木素磺酸胺的沉淀，再用有机溶长链烷基胺处理，形成木素磺酸胺的沉淀，再用有机溶剂萃取，碱萃取。剂萃取，碱萃取。分离方法：分离方法：混合物的形成混合物的形成Lignin-SO3-H+R1R2R3NHCl Lignin-SO3-NHR1R2R3+HCl （长链烷基胺）（长链烷基胺）（混合物）（混合物）用有机溶剂萃取混合物用有机溶剂萃取混合物 木素磺酸盐的再生木素

18、磺酸盐的再生 Lignin-SO3-NHR1R2R3NaOH（或其它碱）（或其它碱）Lignin-SO3-NaR1R2R3+H2O R1R2 R3是羟基或烷基是羟基或烷基25 分离方法分离方法 二氧六环水（二氧六环水（96/4，V/V）抽提、真空干燥）抽提、真空干燥 乙酸抽提、离心乙酸抽提、离心 减压蒸馏减压蒸馏 蒸馏所得的残留物溶解于二甲基甲酰胺中，离心分离蒸馏所得的残留物溶解于二甲基甲酰胺中，离心分离 加入至二氯乙烷乙酸，所得沉淀经离心分离，二氯加入至二氯乙烷乙酸，所得沉淀经离心分离，二氯乙烷乙酸洗涤，无水乙醚洗涤，干燥沉淀物乙烷乙酸洗涤，无水乙醚洗涤，干燥沉淀物 沉淀物溶于沉淀物溶于50醋酸溶液，经离心分离滴加到丙酮中，醋酸溶液，经离心分离滴加到丙酮中，使使LCC沉淀沉淀 离心分离，丙酮洗涤一次，乙醚洗涤，石油醚洗涤，离心分离，丙酮洗涤一次，乙醚洗涤，石油醚洗涤，真空下用真空下用P2O5干燥，得干燥，得LCC试样。试样。26