植物纤维形态与化学_3-4

1、Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University木 质 素第三章第三章Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University3.6 木质素的物理性质3.6.1 木质素的基本物理性质 3.6.1.1 颜色颜色

2、 原本木质素原本木质素接近白色或浅乳酪色；接近白色或浅乳酪色；分离木质素分离木质素取决于分离条件。取决于分离条件。缓和条件下分离：色浅，如缓和条件下分离：色浅，如MWL，CEL 剧烈条件下分离：色深，如剧烈条件下分离：色深，如Klason木质素木质素 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University3.6.1.2 相对密度相对密度 1.331.45，比高聚糖低。有根据比重不同来分离木质素和高聚糖，

3、比高聚糖低。有根据比重不同来分离木质素和高聚糖的研究的研究 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University3.6.1.3 溶解度溶解度 原本木质素溶解性能差，主要部分不溶于水和各种常用的有机试原本木质素溶解性能差，主要部分不溶于水和各种常用的有机试剂或无机试剂；有一小部分能溶于某些有机溶剂如二氧六环；很剂或无机试剂；有一小部分能溶于某些有机溶剂如二氧六环；很少量能溶于甲醇和乙醇。少量能溶于甲醇和

4、乙醇。分离木质素的溶解性能随分离方法不同而异：分离木质素的溶解性能随分离方法不同而异：剧烈条件下分离的木质素几乎不溶，如剧烈条件下分离的木质素几乎不溶，如Klason木质素；木质素；缓和条件下分离的木质素能溶于二氧六环、二甲亚砜（缓和条件下分离的木质素能溶于二氧六环、二甲亚砜（DMSO）、）、甲酰胺、二甲基甲酰胺（甲酰胺、二甲基甲酰胺（DMF）、四氢呋喃（）、四氢呋喃（THF）等；）等；蒸煮液中分离出的木质素随官能团和分子量大小的不同而能溶于蒸煮液中分离出的木质素随官能团和分子量大小的不同而能溶于某些溶剂，如乙醇、丙酮等。某些溶剂，如乙醇、丙酮等。 Wood Chemistry化学工程学院纤维

5、资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University3.6.1.4 分子量和分子形状分子量和分子形状 1、分子量、分子量原本木质分子量很大，但无法确切测定；原本木质分子量很大，但无法确切测定；分离木质素的分子时随分离条件不同而异，其分布范围从数百到分离木质素的分子时随分离条件不同而异，其分布范围从数百到数百万，具有多分散性。数百万，具有多分散性。如如MWL分子量随磨碎时间和提方法不同相差很大。分子量随磨碎时间和提方法不同相差很大。云杉云杉MWL

6、2,100，7,100，11,000，甚至高达，甚至高达40,000；阔叶木阔叶木MWL低值低值3,7005,000，高值，高值18,000以上以上麦草麦草MWL南京麦草南京麦草7,0008,000，苏北麦草，苏北麦草4,000木质素磺酸盐的分子量为木质素磺酸盐的分子量为103105，最高可达，最高可达108以上，远远大于碱以上，远远大于碱木质素的分子量。木质素的分子量。 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestr

7、y University2、分子形状、分子形状一般认为木质素的分子形状呈紧密的球状结构。一般认为木质素的分子形状呈紧密的球状结构。电子显微镜观察：电子显微镜观察：粒状聚集体粒状聚集体X-射线研究：射线研究：无定形无定形其溶液和流体力学研究均证实其分子形状为球形：其溶液和流体力学研究均证实其分子形状为球形：溶液粘度低，为同分子量高聚糖的溶液粘度低，为同分子量高聚糖的1/40，为同分子量合成线型高聚，为同分子量合成线型高聚物的物的1/4；沉降、扩散过程的特性都与球形微粒相符。沉降、扩散过程的特性都与球形微粒相符。 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源

8、化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University3.6.1.5 比表面积比表面积 180 m2/g，具网状结构，比表面积大，吸附性能好。，具网状结构，比表面积大，吸附性能好。新闻纸的木质素含量较高，具有良好的油墨吸收性能新闻纸的木质素含量较高，具有良好的油墨吸收性能吸附农药吸附农药可控长效农药可控长效农药多孔性凝胶多孔性凝胶代替葡萄糖凝胶测分子量代替葡萄糖凝胶测分子量 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Labora

9、tory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University3.6.1.6 木质素的热性质木质素的热性质 热塑性的高分子化合物，无固定熔点，只有软化点（玻璃化温热塑性的高分子化合物，无固定熔点，只有软化点（玻璃化温度）。度）。 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University3.6.2 木质素的光谱性质 常用波谱分析方法常

10、用波谱分析方法紫外紫外-可见光谱分析（可见光谱分析（UV）红外光谱分析（红外光谱分析（IR）核磁共振波谱分析（核磁共振波谱分析（1H-NMR，13C-NMR， ）质谱分析（质谱分析（MS）Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University3.6.2.1 紫外光谱紫外光谱 紫外紫外- -可见分光光度计可见分光光度计紫外光谱紫外光谱 在结构鉴定中的在结构鉴定中的作用主要是可以鉴别分子作用主要是可以鉴别分

11、子中的共轭体系。中的共轭体系。Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University吸光度与溶液浓度成正比吸光度与溶液浓度成正比A = cL = -log(I/I0) = -logTA 吸光度吸光度 摩尔吸光系数摩尔吸光系数c 溶液的摩尔浓度溶液的摩尔浓度 L 吸收池厚度吸收池厚度I0 入射光强度入射光强度 I 透射光强度透射光强度T 透光度，透光度，T = I/I0基本原理基本原理紫外光谱紫外光谱 是

12、由分子中某些价电子吸收一定波长的紫外光，由低能级是由分子中某些价电子吸收一定波长的紫外光，由低能级跃迁到高能级而产生的吸收光谱。跃迁到高能级而产生的吸收光谱。Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University木质素的紫外光谱是木质素结构的综合反映，是木质素的紫外光谱是木质素结构的综合反映，是由构成木质素的由构成木质素的各个苯丙烷单元及其官能团和化学键导致的光带所组成各个苯丙烷单元及其官能团和化学键导

13、致的光带所组成，由这些，由这些光带重叠而成。光带重叠而成。不同方法制备的木质素的不同方法制备的木质素的UV光谱十分相似。其光谱十分相似。其特点特点是：是：在波长在波长205 nm左右有一最大值，以后开始下降，到左右有一最大值，以后开始下降，到230 nm附近有附近有一个一个“肩肩”，随后在，随后在280 nm附近有一极大值，然后逐渐下降，到附近有一极大值，然后逐渐下降，到光谱的可见光区。禾本科木质素的光谱的可见光区。禾本科木质素的UV光谱在光谱在312315 nm附近还有附近还有一个吸收峰。一个吸收峰。 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与

14、利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University木质素紫外光谱最重要的木质素紫外光谱最重要的两个吸收峰两个吸收峰：（1）205 nm：乙烯光带导致；：乙烯光带导致；（2）280 nm：苯氧基结构所致，反映芳香族结构特征。：苯氧基结构所致，反映芳香族结构特征。苯环的特征吸收在苯环的特征吸收在260 nm左右，最大值随取代基情况而移动。当左右，最大值随取代基情况而移动。当苯环上有取代基，取代基上有苯环上有取代基，取代基上有 键或键或p电子时，电子时， max向长波方向移动。向长波方向移动。

15、280 nm处的光带是由苯氧基结构引起的。游离和醚化的酚羟基结处的光带是由苯氧基结构引起的。游离和醚化的酚羟基结构在构在280 nm处有一特征吸收。处有一特征吸收。 Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry UniversityWood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and Utiliza

16、tionNanjing Forestry University木质素紫外光谱最大吸收波长随取代情况不同而略有移动：木质素紫外光谱最大吸收波长随取代情况不同而略有移动： max，nm最大吸收值，最大吸收值，Lcm-1g-1针叶材针叶材2801820阔叶材阔叶材2752781214禾本科禾本科280接近针叶材木质素接近针叶材木质素315左右左右（对（对-香豆酸酯、阿魏酸酯的影响）香豆酸酯、阿魏酸酯的影响） Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and Utilization

17、Nanjing Forestry Universitya、木质素的定量、木质素的定量如酸溶木质素的测定。如酸溶木质素的测定。由于糠醛和羟基糠醛在由于糠醛和羟基糠醛在280 nm处也有最大吸收，为避免高聚糖的影处也有最大吸收，为避免高聚糖的影响，一般测定响，一般测定205 nm处的最大吸收。处的最大吸收。b、测官能团、测官能团如：离子差示光谱如：离子差示光谱 Eir测酚羟基；还原差示光谱测酚羟基；还原差示光谱 Er测羰基。测羰基。c、区分不同来源的木质素、区分不同来源的木质素d、研究化学反应后木质素的变化、研究化学反应后木质素的变化如如280 nm处最大吸收消失，表明木质素的苯环遭到破坏。处最大

18、吸收消失，表明木质素的苯环遭到破坏。总之，紫外光谱对木质素特性的评价仅限于总之，紫外光谱对木质素特性的评价仅限于对不同木质素的比较及对不同木质素的比较及鉴定某些特殊的官能团和测定木质素受化学作用的剧烈变化鉴定某些特殊的官能团和测定木质素受化学作用的剧烈变化。 木质素紫外光谱的应用木质素紫外光谱的应用Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University3.6.2.2 红外光谱红外光谱 红外光谱红外光谱

19、在结构鉴定中的作在结构鉴定中的作用主要是判断分子中是否存用主要是判断分子中是否存在某些官能团。在某些官能团。Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University3.6.2.2 红外光谱红外光谱 1、苯环的骨架振动：、苯环的骨架振动：1500 cm-1，1600 cm-1，1430 cm-1针叶材木质素针叶材木质素1500 cm-11600 cm-1，1500 cm-11430 cm-1；阔叶材木质素阔

20、叶材木质素1500 cm-1，1600 cm-1差不多。差不多。2、G核的呼吸振动：核的呼吸振动：1270 cm-13、S核的呼吸振动：核的呼吸振动：1330 cm-14、苯环、苯环H的取代情况的取代情况针叶材木质素针叶材木质素855 cm-1，815 cm-1（1、3、4被取代）被取代）阔叶材木质素阔叶材木质素835 cm-15、羰基：、羰基：16601725 cm-1其中：其中： 1700 cm-1 与苯环共轭的羰基与苯环共轭的羰基1700 cm-1 与苯环非共轭的羰基与苯环非共轭的羰基Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学工程学院纤维资源化学与利用研究室Laboratory of Biomass Chemistry and UtilizationNanjing Forestry University由木质素的红外光谱可发现：由木质素的红外光谱可发现：针叶材木质素红外光谱中反映针叶材木质素红外光谱中反映G核的各峰很强，如核的各峰很强，如1270 cm-1；阔叶材木质素红外光谱中反映阔叶材木质素红外光谱中反映S核的各峰很强，如核的各峰很强，如1330 cm-1； Wood Chemistry化学工程学院纤维资源化学与利用研究室化学