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碱预处理耦合三元DES体系对提高桉木组分分离效率的研究
Study on Improving the Components Separation Efficiency of Eucalyptus by Alkali Pretreatment Coupled with Ternary DES System
收稿日期：2023-10-30  
DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2024.05.003
关键词:  低共熔溶剂  组分分离  半纤维素  木质素  响应面法
Key Words:DES  component separation  hemicellulose  lignin  response surface method
基金项目:国家自然科学绿色溶剂体系中纤维细胞壁区域脱木素规律及反应机理研究（项目批准号：32271807）；广东省自然科学基金：基于官能团调控的工业木质素绿色溶剂中定向催化解聚机制研究（项目编号：2024A1515011941）。
作者单位邮编
张兴 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州，510640
华南理工大学轻工与食品国家级实验教学示范中心，广东广州，510640 		510640
武书彬* 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州，510640
华南理工大学轻工与食品国家级实验教学示范中心，广东广州，510640 		510640
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摘要:本研究探索了一种氢氧化钾预处理耦合三元低共熔溶剂（DES）两段处理法，并用于分离桉木组分。首先采用单因素和Box-Behnken法优化了碱预处理分离桉木半纤维素的工艺条件，然后探究了碱预处理耦合三元DES两段处理桉木的微观形貌、比表面积、结晶度等。结果表明，优化后的氢氧化钾处理工艺条件为：处理温度76 ℃、处理时间5 h、氢氧化钾质量分数15%，此时半纤维素去除率可达（77.1±0.2)%。经碱预处理耦合三元DES（固液比1∶20（g∶mL）、反应时间30 min、反应温度90 ℃）两段处理后，桉木中纤维素、半纤维素和木质素形成的致密结构被打破，半纤维素去除率达83.3%，木质素去除率达96.5%，纤维素保留率达91.0%，比表面积和相对结晶度分别达0.901 5 m2/g和89.7%，显著提升了后续溶剂或生物酶的接触表面积。
Abstract:In this study， a method for potassium hydroxide （KOH） pretreatment coupled with ternary deep eutectic solvent （DES） two-stage treatment was explored for component separation of eucalyptus. Initially， the KOH pretreatment conditions for separating hemicellulose from eucalyptus were optimized using methods of single-factor and Box-Behnken design. Subsequently， the microscopic morphology， specific surface area， and crystallinity of eucalyptus treated by KOH prepretreatment coupled with the ternary DES two-stage treatment were investigated. The results showed that the optimized KOH pretreatment conditions were determined as treatment temperature of 76 ℃， treatment time of 5 h， KOH mass fraction of 15%， at which the hemicellulose removal rate could reach （77.1±0.2）%. Following the KOH pretreatment coupled with ternary DES two-stage treatment （solid-liquid ratio of 1∶20（g∶mL）， reaction time of 30 min， and reaction temperature of 90 ℃）， the dense structure formed by cellulose， hemicellulose， and lignin in eucalyptus was disrupted， while the removal rates of hemicellulose and lignin reached 83.3% and 96.5%， respectively， while the retention rate of cellulose reached 91.0%. The specific surface area and relative crystallinity reached 0.901 5 m2/g and 89.7%， respectively， which significantly improved the contact surface area of subsequent solvents or biological enzymes.
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