超声化学法协同生物酶处理对制浆过程中木质纤维组分分离与纯化作用机制的研究

Separation and purification of wood fiber component has been the key problem of plant fiber high value utilization.Fast-growing wood chip and its fiber are chosen as experimental materials.The three-in-one treatmental mean of ultrasonic chemistry and biological is proposed.Wood chip and its fibers are treated by coprocessing of chemical softening swelling,ultrasonic vibration dissociation and enzyme modification in pulping process to promote the separation and purification of wood fiber,to modify fiber properties and to improve wood fiber quality and its utility value. Changing regulation of structure of fiber polysaccharide, founctional group,accessibility, properties and morphology of fiber in the process of chemical softening swelling,ultrasonic vibration dissociation and enzyme modification are explored by using modern analyzing technology such as appearance,chemical components and spectrum analysis.Influence of chemical softening swelling,ultrasonic vibration dissociation and enzyme modification on structure and superficial characteristics of wood fibres are made clear.The action mechanism of ultrasonic chemistry and enzyme treatment on separation and purification of wood fiber are clarified.The results will establish academic foundation for promoting the high value utility of wood fiber materials by methods of physical chemistry combined with biology and enrich scientific theoretical system of modification of physical chemistry combined with enzyme on wood fiber in the utilizing process of materials based wood fiber.

木质纤维组分的分离与纯化一直是植物纤维资源高效高值利用的关键问题。本项目以速生材木片及其纤维为研究对象，提出化学、超声、生物三位一体的处理手段，在制浆过程中利用化学药剂的软化润胀作用、超声波的振动解离作用以及生物酶的修饰改性作用协同处理木片及其纤维，促进纤维的分离和纯化，改进木质纤维性能，提高其利用价值。采用形貌分析、化学成分分析和波谱分析等现代分析技术研究化学润胀、超声波解离和酶修饰改性过程中不同种类纤维聚糖结构、纤维功能基、纤维可及度、纤维性能和纤维形态的变化规律，了解化学润胀、超声波解离、酶法改性对不同区域木质纤维结构和表面特性的影响，阐明超声化学法协同酶处理改善木质纤维分离与纯化的作用机制。研究结果可构建一种新型物理化学协同生物途径制备木质纤维基材料技术，为木质纤维的高效利用奠定理论基础，并丰富生物质精炼过程中超声化学法协同酶处理促进木质纤维分离及克服其结构顽抗性的理论体系。

作为可再生植物纤维资源，木质纤维组分的高效分离和高值化利用一直是我国林纸一体化发展进程中的关键问题。项目以速生材木片及纸浆纤维为研究对象，采用超声、化学、生物组合处理技术，借助形貌分析、化学成分分析和波谱分析仪器，研究了超声波解离、化学润胀和酶修饰改性过程中木质纤维组分分离、聚糖结构、纸浆纤维性能、纤维形态等变化规律，分析了超声协同生物酶处理对木质纤维组分的分离纯化效率，确定了超声协同生物酶处理改善高得率浆和硫酸盐溶解浆性能的工艺条件，弄清了化学药剂协同生物酶酶处理对溶解浆纤维性能的改善机制，建立了漆酶脱除木素的动力学模型预测漆酶处理过程中木素的脱除效率，阐明了木质纤维组分选择性分离机制，明确了超声辅助碱抽提和水热预处理对速生材半纤维素的分离纯化机制，弄清了不同生物酶的酶解差异性及与纤维性能的关系，研究构建了一种物理化学协同生物酶处理促进分离纯化木质纤维组分和改善纸浆纤维性能的新途径，为木质纤维组分的清洁高效分离及高值化利用提供理论指导和技术支持。项目研究成果获国家技术发明奖二等奖1项，山东省技术发明一等奖1项，山东省专利一等奖1项；授权发明专利5项，申请发明专利2项；发表学术论文21篇，其中SCI收录13篇，EI收录2篇；培养博士和硕士研究生10名；组织21人次参加国内外学术会议。