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工业硫酸盐木素用作土壤改良剂的研究

作　者: 王东香
导　师: 陆文达
学　校: 东北林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 土壤改良剂 黑液利用 改性木素 磺化木素 氧碱处理木素 铝毒 螯合剂 凝胶过滤色谱 己二烯二酸结构
分类号: S156.2
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要


由酸雨引发的土壤中铝的活化和营养成分的淋失，严重影响着世界众多地区森林和农作物的正常生长、发育。而我国中小型造纸企业的制浆黑液排放问题，不仅严重污染环境，而且危及企业本身的生存、发展。本研究从利用黑液、改良酸性土壤的角度，开展了工业硫酸盐木素（KL）用作土壤改良剂的研究，讨论了磺化改性过程中各反应因子对磺化效果的影响；分析了氧碱处理改性木素的化学结构特征；应用紫外光谱（UV）、傅立叶转换红外光谱（FTIR）、气相色谱（GC）、电感等离子体耦合发射光谱（ICP）、凝胶过滤色谱（GFC）、核磁共振谱（NMR）等现代波谱技术，探讨了改性木素与铝离子(Al3+)的结合机理；通过种植实验综合评估了改性木素在缓解铝毒、改良土壤方面的效果。 电导滴定实验得出，改性木素中的酸性基因可以分成三类，即强酸性基团（A）、中等酸性基团（B）和弱酸性基因（C）。自由基磺化处理的反应机理，主要是在酚羟基的邻位引入了磺酸基（A）。磺化木素S-1的FTIR谱图1217和1143cm-1吸收强度增大的信息（和KL相比），佐证了磺酸基的引入。 氧碱处理改性木素的化学分析结果见下表；┌────┬────┬─────┬────────────────┬────┐│改性本素│OCH3（%）│总糖（%） │C9单元式 │COOH（%） │├────┼────┼─────┼────────────────┼────┤│O4 │8.49 │0.07 │C9H10.45O3.7（OCH3）053│10.82 │└────┴────┴─────┴────────────────┴────┘ 氧碱处理改性木素的化学分析结果表明，改性木素的羧基含量明显增加，在氧碱处理的过程中，由于芳环的开裂，形成了己二烯二酸结构，因此改性木素具有较高的反应活性，易与Al3+形成络合。硝基苯氧化和1HNMR分析结果辅证了改性木素中仍保留有KL中高分子的组分，使得制备的样品在酸性环境中，不仅易与Al3+络合，而且还具有较强的吸附和缓冲性能。 通过对Al3+改性木素混合液在不同pH值下的凝胶色谱分析，我们得出Al/S-1随着pH的不同而改变，Al/S-1代表的是每摩尔改性木素络合Al3+的量。PH5.8时，Al/S-1最大为0.358。即每摩尔改性木素络合Al3+的最大量为0.358摩尔。木素-铝络合物的形成进一步被电位滴定证实。 由氧-碱和自由基磺化处理的改性木素种植实验的结果表明：磺化木素和氧-碱处理改性木素能明显减缓铝毒，改善植物根系的生长情况，不同的改性木素，减缓铝毒的能力不同，对植物根系生长的影响也就不同，这与改性木素的结构组成或者说与改性木素中官能团的种类、含量密切相关。苏木精染色实验从另一角度也证实了上述结论。 本研究为中、小型造纸企业制浆黑液的利用提供了科学依据，其改性木素作为土壤改良剂在防止土壤酸化，保护生态环境方面具有现实意义。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-11
1 文献综述  11
引言  11-21
  1．1 土壤状况  11-13
  1．2 酸雨  13-16
  1．3 铝质土壤的改良  16-17
  1．4 造纸工业的现状与发展  17-18
  1．5 工业木素的综合利用  18-20
  1．6 研究内容和实际意义  20-21
2 工业硫酸盐木素的磺化改性  21
引言  21-34
  2．1 实验方法  21-25
    2．1．1 傅立叶变换红外光谱（FTIR）  21-22
    2．1．2 凝胶过滤色谱（GFC）  22
    2．1．3 磺酸基和羧酸基的测定方法  22-23
    2．1．4 硫含量的测定  23-25
    2．1．5 木素水溶性的测定  25
  2．2 工业硫酸盐木素的磺化改性方法  25-27
  2．3 实验  27-28
    2．3．1 原料组成及工业硫酸盐木素的制备  27
    2．3．2 磺化改性反应条件的选择  27-28
  2．4 结果与讨论  28-33
    2．4．1 反应因子对磺化木素得率和酸基含量的影响  28-30
    2．4．2 反应因子对Na2SO3消耗量的影响  30-32
    2．4．3 磺化木素S-1的制备  32-33
  2．5 结论  33-34
3 工业硫酸盐木素氧-碱改性处理  34
引言  34-59
  3．1 实验分析方法  34-42
    3．1．1 核磁共振光谱（NMR）  34-36
    3．1．2 渗析（dialysis）  36
    3．1．3 凝胶过滤色谱（GFC）  36-38
    3．1．4 改性木素的化学结构分析方法  38-42
  3．2 硫酸盐木素氧—碱处理反应机理  42-43
  3．3 实验  43-45
    3．3．1 硫酸盐木素的氧碱处理  43
    3．3．2 改性木素分离和纯化方法的选择  43-45
    3．3．3 种植实验样品的制取  45
  3．4 结果与讨论  45-58
    3．4．1 渗析  45-48
    3．4．2 凝胶过滤色谱分离  48-52
    3．4．3 种植实验样品的制备  52-53
    3．4．4 改性木素的化学结构分析  53-58
  3．5 结论  58-59
4 改性木素和铝离子（Al~（3+））的结合机理  59
引言  59-76
  4．1 实验方法  59-63
    4．1．1 电感耦合等离子体发射光谱分析法（ICP）  59-62
    4．1．2 Al~（27）-核磁共振法（Al~（27）-NMR）  62-63
  4．2 铝盐的水溶液化学  63-64
  4．3 实验  64-65
    4．3．1 Al~（3+）和改性木素沉淀率实验  64-65
    4．3．2 凝胶过滤色谱分析实验  65
    4．3．3 电位滴定实验  65
    4．3．4 Al~（27）-NMR实验  65
  4．4 结果与讨论  65-75
    4．4．1 Al~（3+）和改性木素沉淀率的讨论：  65-67
    4．4．2 凝胶过滤色谱分析（GFC）  67-71
    4．4．3 Al~（3+）和改性木素的结合率  71-72
    4．4．4 电位滴  72-74
    4．4．5 Al~（27）-NMR  74-75
  4．5 结论  75-76
5 种植实验—改性木素减缓铝毒、改良土壤性能的评估  76
引言  76-103
  5．1 铝对植物生态效应的影响  76-77
  5．2 实验方法  77-78
    5．2．1 热中子照相检测方法（Netron Radiography，NRG）  77-78
    5．2．2 交叉法  78
  5．3 实验  78-103

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中图分类: > 农业科学 > 农业基础科学 > 土壤学 > 土壤改良 > 土壤改良剂
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