香蕉莖稈纖維的超聲法脫膠研究.pdf

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1、第25卷第3期廣東石油化工學(xué)院學(xué)報v0I．25No．32015年6月JournalofGuangdongUniversityofPetrochemicalTechnologyJune2015香蕉莖稈纖維的超聲法脫膠研究王春，王彩燕，周天(廣東石油化工學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，廣東茂名525000)摘要：以香蕉樹莖稈原麻為原料，采用超聲波法制備了香蕉莖稈纖維，并測定了其化學(xué)成分。結(jié)果表明：香蕉莖稈纖維中半纖維素和木質(zhì)素含量較高，分別達(dá)到了25．81％和3．32％。超聲波預(yù)處理法最佳工藝條件是：預(yù)處理時間為30min，溫度為50℃，超聲功率為200W，其預(yù)處

2、理膠質(zhì)去除率達(dá)36％。關(guān)鍵詞：香蕉莖稈纖維；超聲波；脫膠中圖分類號：TQ35文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095—2562(2015)03—0019—04香蕉的生產(chǎn)消費(fèi)過程中產(chǎn)生了大量的香蕉韌皮、香蕉葉、香蕉假莖等副產(chǎn)品，當(dāng)前這些副產(chǎn)品往往被丟棄，造成環(huán)境污染L】]。我國每年產(chǎn)生的香蕉廢棄物約為200萬t。香蕉莖稈纖維具有高纖維素、低木質(zhì)素的特性，不僅可以用來制作大量的繩索、麻袋、包裝紡織品，也可將其編織成地毯。許多國家將其生產(chǎn)成紙巾、無紡布、過濾器、印刷紙張、包裝紙袋等j。此外，人們甚至研究將香蕉莖稈纖維用于納米]、醫(yī)藥[4]和復(fù)合材料的生產(chǎn)，將提取纖維

3、后的廢渣用于肥料、提取固色劑的生產(chǎn)等【6J。然而，由于目前香蕉莖稈纖維的提取技術(shù)還比較落后，不能進(jìn)行大規(guī)模的纖維生產(chǎn)，從而導(dǎo)致香蕉莖稈纖維仍然沒有得到較大范圍的開發(fā)與利用。因此，研究香蕉莖桿纖維的提取技術(shù)，對其應(yīng)用開發(fā)尤為重要。本文試驗(yàn)采用超聲波脫膠法制備香蕉莖稈纖維，以期為實(shí)踐提供參考。1實(shí)驗(yàn)部分1．1實(shí)驗(yàn)材料與試劑香蕉莖稈原麻，經(jīng)水洗、晾干而成；三聚磷酸鈉、氯化鋇、亞硫酸鈉、草酸銨、硅酸鈉等化學(xué)試劑均為分析純。1．2香蕉莖稈纖維超聲法脫膠取一定量香蕉莖稈原麻放入300mL蒸餾水中，在一定條件下進(jìn)行超聲處理。然后分別加入14g，L的氫氧化鈉溶液225

4、mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的硅酸鈉溶液225mL，亞硫酸鈉溶液225mL，三聚磷酸鈉溶液225mL至1000mL燒杯中，在100oC條件下煮煉2．5h。用1g／L硫酸溶液洗滌煮煉后的麻樣，110oC烘干。1．3超聲波脫膠效果單因素實(shí)驗(yàn)影響超聲波預(yù)處理效果的主要工藝參數(shù)為處理的時間、溫度、超聲功率，試驗(yàn)中分別取時間為15、30、45、6o、75min，溫度為30、40、50、60、70℃，超聲功率為120、140、160、180、200W。除試驗(yàn)變量外，其它因素水平分別取時間30min，溫度5O℃，超聲功率180W。1．4正交實(shí)驗(yàn)完成單因素實(shí)驗(yàn)后，各自選取經(jīng)超

5、聲處理的時間、溫度、功率中其脫膠效果最好的3個工藝參數(shù)，設(shè)計(3)正交試驗(yàn)，得到最優(yōu)的超聲處理工藝參數(shù)。收稿日期：2o15一Ol一19；修回日期：2o15—05—13作者簡介：王春(1977一)，男，湖南郴州人，博士，副教授，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物加工與利用。通訊作者：周天(1964一)，男，吉林長春人，博士，教授，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物加工與利用。20廣東石油化工學(xué)院學(xué)報2015焦1．5香蕉莖稈化學(xué)成分和脫膠率測定1)香蕉莖稈原麻的化學(xué)成分組成。由于目前無相應(yīng)的香蕉纖維成分分析標(biāo)準(zhǔn)，因此，對香蕉莖稈原麻化學(xué)的成分的檢測參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB5889—86《苧麻化學(xué)

6、成分定量分析方法》。2)香蕉莖稈原麻的含膠率。將一定量原麻樣烘至恒重，再冷卻、稱重，然后將其放人20g／L氫氧化鈉溶液中煮沸1h，更換新的氫氧化鈉溶液，重新煮沸2h，取出清洗、烘至恒重，再冷卻，稱重。根據(jù)前后試樣重量變化，計算香蕉莖稈原麻的含膠率。3)香蕉莖稈預(yù)處理和精干麻的殘膠率。將一定量麻樣烘至恒重，再冷卻、稱重，然后將其放入20g／L氫氧化鈉溶液中煮沸3h，取出清洗、烘至恒重，再冷卻，稱重。根據(jù)前后試樣重量變化，計算香蕉莖稈麻樣的殘膠率。2結(jié)果與討論2．1香蕉莖稈原麻的化學(xué)成分膠質(zhì)是植物生長過程中的細(xì)胞壁伴生物，主要成分為脂蠟質(zhì)、水溶物、果膠物質(zhì)

7、、半纖維素、木質(zhì)素，不同的產(chǎn)地、品種、收獲季節(jié)其含量存在差異。本實(shí)驗(yàn)采用的是產(chǎn)于廣東茂名高州高腳遁地蕾的香蕉莖稈原麻，貯存時間為1個月，其化學(xué)成分檢測結(jié)果如表1所示。表1香蕉莖稈原麻的化學(xué)成分表％注：每個試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。從表1可知，香蕉莖稈中果膠的含量很低，但是其含膠率較高，因此，脫膠的難度較大。另外，香蕉莖稈中的脂蠟質(zhì)含量較低，在煮煉過程中較易被清除。2．2超聲波脫膠單因素試驗(yàn)表2超聲脫膠單因素試驗(yàn)結(jié)果注：原麻含膠率為44．81％，各進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，取平均值。根據(jù)表2可知，在相同的預(yù)處理溫度、超聲功率條件下，隨著時間延長，試樣的殘膠率先降低

8、而后增加。在處理時間約為30min時，試樣的殘膠率達(dá)到最低。該現(xiàn)象可能是由于超聲波的空化效應(yīng)和