木质素基介孔碳材料的制备及应用进展

木质素是自然界中唯一可提供再生性芳香基化合物的非石油类资源,酚羟基的可替代性、低成本及其高含碳量使其成为合成可持续介孔碳的优选前体。本文分别介绍了采用硬模板法、软模板法、双模板法、活化法、水热法以及溶胶-凝胶法制备木质素基介孔碳材料的最新研究进展。分析对比了采用不同方法制备的介孔碳材料所具有的孔道结构和形貌特点,并详细说明了其在吸附、催化、药物缓释和超级电容器等主要方面的应用。最后根据木质素基介孔碳材料在制备及应用过程中所面临的困境,提出发展一种简单、绿色、低成本的合成方法用以制备新型介孔结构的高性能复合型木质素基介孔碳材料将成为今后主要的研究方向。     

生物质基介孔碳材料制备的研究进展

分别介绍了近年来采用硬模板法、软模板法、溶胶-凝胶法和水热法等主要方法制备生物质基介孔碳材料及其在吸附、催化、药物控释和超级电容器等领域应用的研究进展。最后对生物质基介孔碳材料今后开展进一步研究的方向进行了展望。     

一步法快速提取浅色甘蔗渣木质素的工艺优化

以甘蔗渣为原料,利用对甲苯磺酸(p-TsOH)一步快速分离提取浅色甘蔗渣木质素(BL)。首先,采用单因素实验法,分别考察提取温度、p-Ts OH质量分数和提取时间对BL白度和得率的影响。结果显示,BL白度随着提取时间的延长、提取温度的升高和p-TsOH质量分数的增大而不断下降,BL得率随提取时间的延长逐渐降低,随提取温度的升高和p-Ts OH质量分数的增大呈现先增加后减少的趋势。采用响应曲面设计法进一步优化浅色BL提取工艺。在提取时间15min、提取温度80℃和p-Ts OH质量分数40%的优化条件下,BL白度可高达36.11%,得率为9.59%。采用FTIR和2D-HSQCNMR对BL进行了结构表征。结果显示,BL为典型的GSH型木质素,其结构中羰基和甲氧基含量的减少有利于白度的增加。     

溶媒法合成羧甲基碱木质素及其表征

采用单因素实验法,考察了水/乙醇反应溶剂体积比,反应温度和氢氧化钠加入方式对碱木质素的羧甲基化反应转化率及产物羧基含量的影响。结果表明,碱木质素的羧甲基化反应转化率及产物羧基含量随着水/乙醇体积比的增大而急剧减小,随着反应温度的升高而先增大后缓慢降低,二次加碱方式有利于反应的转化率及产物的羧基含量的提高。在70℃,水/乙醇体积比为20∶80的介质中,采用二次加碱方式,制备羧甲基碱木质素的反应转化率可达94.798%,产物的羧基含量可达2.764 mmol/g。红外光谱(FT-IR)和核磁共振(13C-NMR)表征结果表明,羧甲基化反应在碱木质素的酚羟基和α-醇羟基上成功接入了大量的羧甲基。     

氨基酸溶液脱盐技术的进展

本文分别介绍了浓缩结晶脱盐法，离子交换脱盐法，电渗析脱盐法和溶剂脱盐法去除氨基酸溶液中盐的技术，并提出了凝胶萃取法脱盐的设想。     

3种离子交换材料吸附L-精氨酸的研究

测定了 2 5℃时 732强酸型离子交换树脂、D0 0 1大孔强酸型离子交换树脂和羧酸型阳离子交换纤维 3种离子交换剂吸附L 精氨酸的吸附动力学曲线和吸附等温线 ,结果表明 ,三者达到吸附平衡的时间分别为 732树脂 2h、D0 0 1树脂 4 0min、羧酸型离子交换纤维 30min ,三者的最大平衡吸附量分别为 117、137和 91g/kg ;考察了 pH值、氯化钠和氯化铵浓度对 3种离子交换剂吸附 L 精氨酸的影响 ,结果表明吸附的适宜 pH均在 7～ 8之间 ,氯化钠和氯化铵的存在均导致三者吸附L 精氨酸的吸附率迅速下降。     

从胱氨酸母液中提取L-精氨酸工艺概述

介绍了特殊沉淀法、电渗析法和离子交换法从胱氨酸母液中提取L-精氨酸的过程,并讨论了NaCl、NH4Cl对离子交换法提取L-精氨酸的影响。     

制备L-亮氨酸螯合钙的新工艺及其生物利用度的研究

采用单因子静态实验,考察了温度、NaOH和亮氨酸的摩尔比、L-亮氨酸浓度、树脂量对利用离子交换法制备L-亮氨酸螯合钙新工艺的影响,并测定了25℃下的离子交换动力学曲线。结果表明:交换可在室温下进行;NaOH与亮氨酸适宜的摩尔比1:1～1.3:1;L-亮氨酸浓度应控制在0.3 mol/L以下;适宜的树脂用量应满足树脂中钙与溶液中亮氨酸的摩尔比1:2;交换平衡时间为15 min。根据最佳工艺条件设计制备L-亮氨酸螯合钙的新工艺流程。采用小鼠对L-亮氨酸螯合钙和葡萄糖酸钙进行药动学和药效学实验对比,结果表明:L-亮氨酸钙的生物利用度比葡萄糖酸钙要高,其相对生物利用度是葡萄糖酸钙的175.3%,并具有缓释、药效时间长、不需要消耗胃酸等特点;L-亮氨酸螯合钙能显著性增加大鼠股骨重量,饲料中添加兼有促进小鼠体重增长的作用。     

732离子交换树脂从胱氨酸母液提取L-精氨酸的研究

实验考察了温度、pH值、氯化铵和氯化钠浓度对 732阳离子交换树脂吸附L -精氨酸的影响 ,并测定了 2 5℃时 732离子交换树脂吸附L -精氨酸的吸附等温线。结果表明 :温度变化对吸附率影响较小 ;pH值增大 ,吸附率下降 ;溶液中氯化铵或氯化钠浓度增大 ,吸附率迅速下降 ,且当氯化铵或氯化钠物质的量浓度达到1.0mol·L-1时 ,L -精氨酸难于被吸附 ;2 5℃时 ,最大饱和吸附量约为 117g·kg-1树脂。根据实验结果开发了从胱氨酸母液提取L -精氨酸的工艺 ,提取率达到 80 %以上。     

硝酸银沉淀L-精氨酸的研究

以硝酸银为沉淀剂,用稀硝酸和热氢氧化钡调节pH值,沉淀溶液中的L-精氨酸。考察沉淀温度、pH值、硝酸银与L-精氨酸的摩尔比、L-精氨酸的初始质量浓度、和L-赖氨酸对硝酸银沉淀L-精氨酸的影响。结果表明,随着温度升高沉淀率略有下降;pH值在10.0以上时沉淀率明显增大,pH值至11.0时沉淀率达到最大,继续增大pH值沉淀率基本不再变化;硝酸银与L-精氨酸的摩尔比达到2.0时,沉淀率可达90.0%以上;L-精氨酸的初始浓度应大于10.0 g/L,沉淀率才可达90.0%以上;钠离子浓度对沉淀率基本无影响,但是当铵离子浓度或L-赖氨酸与L-精氨酸的质量比增大时,沉淀率迅速下降。最后,用2.0 mol/L盐酸溶解沉淀,过滤,滤液用高效毛细管电泳检测,并与L-精氨酸标准峰比较,结果表明沉淀中的L-精氨酸可初步分离出来。