棉子殼各組分含量測定

中國是世界上最大的棉花主產(chǎn)區(qū)，新疆是中國最大的棉花產(chǎn)區(qū)。2010年，棉紡總產(chǎn)量為260萬噸，占全國棉紡總額的40%，占世界總額的11%。棉花加工業(yè)會生產(chǎn)大量棉子殼副產(chǎn)品。由于棉子殼密度小,不易運輸、貯存,而且外殼堅硬,纖維含量少、纖維短,不適合作造紙原料;因此被視為廢棄物,大部分是以焚燒的形式被處理掉。伴隨化石資源的緊缺,迫于能源危機(jī)與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力,開發(fā)新的可代替能源已成為全球重大的戰(zhàn)略課題。生物質(zhì)主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物和剩余物、林木和草類等,儲量十分豐富,是世界上儲量最為豐富的可再生資源,具有代替石油的發(fā)展?jié)摿?。近年?棉子殼的研究引起了越來越多人的關(guān)注。如何有效、經(jīng)濟(jì)地分離三大組分(纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素),是生物質(zhì)資源有效高值化利用的關(guān)鍵問題之一。因此,棉子殼開發(fā)的首要問題是確定纖維素、半纖維素及木質(zhì)素的含量。目前,纖維素的測定方法主要有重鉻酸鉀-碘量法、酸性洗滌法與酸堿醇醚處理法和差重法(VanSoest方法)等。半纖維素的測定方法主要有堿液提取法、差重法、濃堿溶解硼酸絡(luò)合分級抽提法、2mol·L-1鹽酸水解法和洗滌劑法等。測定木質(zhì)素的方法主要有Klason法、紅外光譜定量分析法、同位素標(biāo)記法、差重法、濁度法、綜合運用法等。本論文采用準(zhǔn)確度高的硫酸與重鉻酸鉀氧化法測纖維素,經(jīng)典的Klason法測木質(zhì)素,簡便準(zhǔn)確的鹽酸水解法和DNS法測半纖維素,全面分析棉子殼的三大組分的含量,為后續(xù)的開發(fā)研究奠定基礎(chǔ)。1材料和方法1.1試劑及試劑原料:棉子殼,新疆阿拉爾市本地原料。主要試劑:酒石酸鉀鈉(成都市科龍化工試劑廠,分析純);濃硫酸(汕頭化工有限公司,分析純);鹽酸(四川西隴化工有限公司,分析純);硝酸(四川西隴化工有限公司,分析純);冰乙酸(四川西隴化工有限公司,分析純);氫氧化鈉(天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司,分析純);二硝基水楊酸(DNS,上海藍(lán)季科技有限公司,分析純)。主要儀器:紫外可見分光光度計(TU-1901),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;臺式低速離心機(jī)(TD5A),濟(jì)南福的機(jī)械有限公司;循環(huán)水式真空泵(SHZ-D(Ⅲ)),上海東璽制冷儀器設(shè)備有限公司;粉碎機(jī)(FE200),北京市永光明醫(yī)療儀器廠;干燥箱,上海博訊實業(yè)有限公司;電熱套,金壇市醫(yī)療儀器廠;馬弗爐,北京市永光明醫(yī)療儀器廠。12測試方法1.2.1樣品的預(yù)處理1.2.2測定半纖維1.2.3測定了光纖含量1.2.4木質(zhì)素含量的測定1.2.5水含量的測量1.2.6測定了分權(quán)含量2結(jié)果與分析2.1棉子殼中殼體質(zhì)量分?jǐn)?shù)棉子殼取5份,每份30g,用粉碎機(jī)粉碎,過篩,分離出棉子殼殼體和絨體,稱量計算含量。結(jié)果表明棉子殼經(jīng)過粉碎分離后,殼體和絨體基本可以分離。棉子殼中殼體和絨體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見圖1。由圖1可知:棉子殼的殼體含量在78%～84%,占據(jù)了其大部分;絨體含量在12%～16%,雖然含量較少,但含有大量的纖維素;另外還帶有部分的損失,其含量在2%～6%這部分損失主要是粉碎后細(xì)小的顆粒飛出所致。另外,5份棉子殼各部分的含量并不一致,主要是不同批次的原料棉子殼的外殼上的棉短纖維的含量不同,以及粉碎后絨體沾有的殼體粉體不同所致。2.2纖維素、木質(zhì)素由圖2可知:棉子殼殼體中各成分含量為半纖維素34.55%,纖維素24.83%,木質(zhì)素31.68%,水分7.72%,灰分1.22%。以上含量是對新疆阿拉爾市本地棉子殼的測量,由于批次、產(chǎn)地和季節(jié)等因素的影響,其含量有可能會有波動。2.3絨體組分含量的影響由圖3可知:絨體中水分占5%～7%,半纖維素9%～12%,纖維素66%～72%,木質(zhì)素13%～16%,灰分1.35%～1.5%。可以看出絨體中各組分的含量也不一致,這與殼體中各組分的含量明顯不同,主要原因是每一次試驗所用原料棉子殼的外殼上的棉短纖維的含量不同,以及粉碎后損失量和絨體上沾有的殼體粉體不同。產(chǎn)地和季節(jié)等因素也會對其各組分含量有一定的影響。3棉子殼及其絨體的組分含量棉子殼作為棉產(chǎn)區(qū)的農(nóng)業(yè)廢棄物,長期以來沒有得到很好的利用。伴隨能源短缺,物價上漲,棉花加工利潤降低,近來棉子殼的開發(fā)越來越引起人們的注意。準(zhǔn)確掌握棉子殼中各組分的含量是棉子殼綜合利用的第一步,本試驗對各組分含量進(jìn)行了測量。結(jié)果表明:棉子殼的殼體含量在78%～84%,絨體含量在12%～16%;棉子殼殼體中半纖維素34.55%,纖維素24.83%,木質(zhì)素31.68%,水分7.72%,灰分1.22%;棉子殼絨體中水分5%～7%,半纖維素9%～12%,纖維素66%～72%,木質(zhì)素13%～16%,灰分1.35%～1.5%。其各組分含量會隨批次、產(chǎn)地和季節(jié)等因素的影響而有所不同。棉子殼洗凈除雜,于85℃干燥,然后用粉碎機(jī)粉碎,過40、60、80目分樣篩,分離出棉子殼殼體和絨體。采用2mol·L-1鹽酸水解法和DNS法相結(jié)合進(jìn)行測定,樣品重復(fù)測定3次,取平均值。采用重鉻酸鉀-碘量法測纖維素方法對棉子殼的殼體和絨體的纖維素含量進(jìn)行測定,每個樣品重復(fù)測定3次,取平均值。采用Klason法對棉子殼的殼體和絨體的木質(zhì)素含量進(jìn)行測定,重復(fù)測定3