第三木质素精要.ppt

生物质材料 主要内容 第一章 绪论 第二章 纤维素基材料 第三章 木质素 第四章 木材 第五章 淀粉基材料 第六章 甲壳素基材料 第七章 蛋白质基材料 第八章 其他生物质材料 第三章 木质素 目的和要求 掌握和了解木质素的分布、化学结构、基本性质、主要应用。 内容和要点 3.1 木质素概述 3.2 木质素的结构与性质 3.3 木质素化学 3.4 木质素的应用 3.1 木质素概述 （1）来源 1838年法国农学家Payen从木材分离纤维素的同时发现一种含碳量更高的化合物；后来Schulze仔细分析了这种化合物，并称之为“lignin”，是从木材的拉丁文“lignum”衍生而来，中文译作“木质素”，有时简称为“木素”。 木质素是一类由苯丙烷单元通过醚键和碳-碳键连接的无定形高聚物，广泛分布于具有维管束的羊齿类植物以上的高等植物中，是裸子植物和被子植物所特有的成分。 木质素与纤维素、半纤维素黏结在一起形成植物的主要结构，是植物界中仅次于纤维素的第二丰富的天然高分子。 木质素在木材中的含量为20-40%，禾本科植物中木质素的含量一般比木材中含量低，约为15-25%。 3.1 木质素概述 （2）分类 习惯分法：针叶材木质素、阔叶材木质素、禾本科木质素 按结构分为：愈疮木基木质素(G木质素)、愈疮木基-紫丁香基木质素(GS木质素) 愈疮木基木质素：松柏醇脱氢聚合而成（大多数针叶材） 愈疮木基-紫丁香基木质素：松柏醇和芥子醇脱氢共聚而 成（大部分阔叶材及禾本科） 松柏醇 芥子醇 3.1 木质素概述 （3）木质素的分布 木质素在木材中的整体分布 木质素在木材中的分布是不均匀的。 针叶材木质素含量高于阔叶材和禾本科植物。 同株木材中木质素的含量从上部到下部逐渐增加。相同的高度，一般是心材部分木质素的含量高于边材。同一年轮层中早材和晚材的木质素含量也有差别。 除含量差别外，树木各部位木质素的组成也有变化。阔叶材成熟的木质部比初生木质部紫丁香基含量高，心材部分木质素紫丁香基丙烷含量高于边材，根部木材的木质素愈疮木基丙烷含量增加，针叶材的树皮木质素含有较多的对羟基苯丙烷，阔叶材树皮木质素的愈疮木基丙烷含量比木材高。 3.1 木质素概述 各类细胞中木质素的组成与分布 （1）针叶材中木质素的分布 正常材：大部分木质素存在于次生壁而不是分布于胞间层 应压木：一般情况与正常材相似，但其木质素浓度较正常材高。应压木中细胞角处的胞间层无木质素存在。 （2）阔叶材中木质素的分布 阔叶材木质素由愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷两种结构单元构成。不同形态区域的木质素中这两种结构单元的比例也不相同。 3.1 木质素概述 木材 形态区域 组织容积（%） 总木质素（%） 木质素浓度（g/g） 黑云杉 花旗松 黑云杉 花旗松 黑云杉 花旗松 早材 管胞次生壁 87 74 72 58 0.23 0.25 管胞胞间层 9 10 16 18 0.5 0.56 管胞胞间层的细胞角隅 4 4 12 11 0.85 0.83 木射线薄璧细胞次生壁 - 8 - 10 - 0.40 木射线管胞次生壁 - 4 - 8 - 0.28 晚材 管胞次生壁 94 90 82 78 0.22 0.23 管胞胞间层 4 4 10 10 0.60 0.60 管胞胞间层的细胞角隅 2 2 8 6 1.00 0.90 木射线薄璧细胞次生壁 - 3 - 4 - - 木射线管胞次生壁 - 1 - 2 - - 黑云杉和花旗松中木质素的分布 3.1 木质素概述 形态区域 愈疮木基：紫丁香基 溴化及扫描电镜与能量分析仪(SEM-EDXA) 紫外显微镜(UV) 木纤维次生壁S2 12:88 紫丁香基 导管次生壁S3 88:12 愈疮木基 薄璧细胞次生壁S 49:51 紫丁香基 胞间层ML 91:9 50:50 胞间层ML 80:20 愈疮木基 胞间层ML 100:0 50:50 胞间层ML 88:12 50:50 愈疮木基和紫丁香基在白桦中的分布 3.1 木质素概述 （4）木质素的分离 不溶性木质素：将木质素以外的成分溶解，把木质素作为分离的残渣保留下来。 例如，用65-72%的硫酸或42%的盐酸处理脱脂植物原料，使高聚糖溶解，并以稀酸补充水解，保留下来的残渣即为酸木质素。 可溶性木质素：直接溶解木质素而分离。包括采用无机试剂、酸性有机试剂及中性溶剂分离木质素。 无机试剂：亚硫酸钙、镁、钠或铵的酸性亚硫酸盐溶液，可将木质素磺化，变为水溶性的木质素磺酸盐而溶出；或者使用碱分离得到碱木质素。 酸性有机试剂：采用甲醇、乙醇、丁醇等加入少量的无机酸分离木质素。 中性溶剂：采用甲醇、乙醇