赤桉木材微纳米粒子在抽提过程中的溶出规律

赤桉木材微纳米粒子在抽提过程中的溶出规律

桉树是世界著名的三大速生纸浆材料之一（桉、松、杨），也是热带和亚热带地区首选的速生造林树种。桉树生长迅速，轮作期短。在集约栽培条件下，可以提高单位土地的产量。木材密度高于油松和杨树，纤维含量高，同一材料体积高。目前，桉树种植面积超过170万公里，其中赤桉人工林在湖南省拥有30多万亩资源。然而，赤桉树的提收率高。在纸浆制备过程中，由于纸页孔和斑点的出现，水污染的恶化、设备的使用寿命短、药物用量大、木质素脱除率和水分流失等问题，以及严重的树脂障碍和渗透障碍，红棕榈树高效纸浆提取技术的发展，提取成分极其复杂。提取过程对桉树浆浆的影响引起了国内外浆浆纸产业的高度关注和广泛关注。这项研究的发展深入发展，取得了一些成果。然而，目前对桉树浆浆质量的内在原因缺乏充分的理解，尤其是液体提取的分离规律，这直接制约着桉树浆纸技术的发展和改进。在本文中，我们使用了一种索法提取、冷冻提取、激光离子提取和超声波提取来处理新鲜的桉树，分析了提取溶液中微纳米颗粒的性质，并探索了微纳米颗粒的溶出规律。为提高桉树浆纸制造技术提供了新的理论。1材料和方法1.1标准材料的制备赤桉,18年生,径级为20cm,采集于湖南省株洲市中南林业科技大学林区,取距地面1.5～2m之间的木材,利用BX484型刨片机将新鲜赤桉木材加工成长32～36mm、宽9～20mm、厚0.3～0.4mm的木片,在55℃、0.01MPa真空度下烘至绝干,存于干燥器中备用.其他试验材料包括苯(色谱纯)、乙醇(色谱纯)、水(超纯)、滤纸(用苯/醇溶液浸提24h).1.2测试方法(1)索氏抽提和滤纸的制备称取20份10g赤桉木片,精确至0.1mg,编号后分别放入抽提瓶中,并加入150mL苯/醇溶液(苯与乙醇的体积比是1∶2,下同),采用全自动索氏抽提器(FOSS)进行索氏抽提,抽提结束后,用定量滤纸过滤,得到滤液.滤渣与滤纸一起在55℃、0.01MPa真空度下烘至绝干,然后称其质量和滤纸的质量.每个试验的平行样数为2.抽提条件:温度85℃,时间分别为0.5,1.0,1.5,…,5h.(2)超声滤纸的制备称取2份10g赤桉木片,精确至0.1mg,分别放入烧瓶中,并加入150mL苯/醇溶液,在高频超声波仪中进行抽提.抽提结束后,用定性滤纸过滤,得到滤液.滤渣与滤纸一起在55℃、0.01MPa真空度下烘至绝干,然后称其质量和滤纸的质量.抽提条件:温度85℃,时间为5h,超声波功率为40W.(3)样品的制备.称取2份10g赤桉木片,精确至0.1mg,编号后分别放入塑料袋中,放入SanyoAMVL-300A三洋超低温冰箱中在-80℃下冷冻6天,然后在常温下快速解冻.解冻后,分别放入抽提瓶中,并加入150mL苯/醇溶液,采用全自动索氏抽提器进行索氏抽提,抽提结束后,用定量滤纸过滤,得到滤液.滤渣与滤纸一起在55℃、0.01MPa真空度下烘至绝干,然后称其质量和滤纸的质量.抽提条件:温度85℃,时间为5h.(4)激光等离子抽提法称取2份10g赤桉木片,精确至0.1mg,分别放入烧瓶中,并加入150mL苯/醇溶液,在激光等离子仪中进行抽提.抽提结束后,用定性滤纸过滤,得到滤液.滤渣与滤纸一起在55℃、0.01MPa真空度下烘至绝干,然后称其质量和滤纸的质量.抽提条件:温度85℃,时间为5h,激光等离子仪功率为50W.(5)粒度、粒度测定将滤液分别用超纯水稀释500倍,用一次性吸管取出2mL放入样品池中,再将样品池放入Nano-ZS型粒度分析仪(Zetasizer)自动测试其粒度、体积分数、数量百分数.2结果与讨论2.1索氏抽提中赤桉木片微/纳米粒子溶出量的确定溶出量是指100g绝干木材中苯/醇抽提物溶出的质量,单位为g.经过试验、测试、分析,得到索氏抽提中赤桉木片微/纳米粒子溶出量,见图1.由图1可见,赤桉木材的溶出量W随抽提时间t的延长而增加.对抽提时间和溶出量进行一元多次线性回归分析,得回归方程W=0.0498t3-0.2917t2+0.8048t.2.2粒径4.2.3在索氏抽提中,赤桉木片中溶出的粒子的粒度及其体积分数和数量百分数见表1.对表1中的数据进行统计分析,发现抽提0.5h时,粒径在68.1～342.0nm的粒子,体积分数为82.0%;1.0h时,粒径在32.7～91.3nm的粒子,体积分数为65.6%;1.5h时,粒径在37.8～78.8nm的粒子,体积分数为67.6%;2.0h时,粒径在43.8～106.0nm的粒子,体积分数为59.1%;2.5h时,粒径在32.7～78.8nm的粒子,体积分数为87.9%;3.0h时,粒径在50.7～142.0nm的粒子,体积分数为76.0%;3.5h时,粒径在28.2～58.8nm的粒子,体积分数为75.8%;4.0h时,粒径在164.0～459.0nm的粒子,体积分数为59.5%;4.5h时,粒径在68.1～122.0nm的粒子,体积分数为85.8%;5.0h时,粒径在28.2～68.1nm的粒子,体积分数为90.2%.在溶出粒子数量方面,抽提0.5h时,粒径在50.7～106.0nm的粒子,数量百分数为86.5%;1.0h时,粒径在24.4～50.7nm的粒子,数量百分数为84.6%;1.5h时,粒径在32.7～68.1nm的粒子,数量百分数为94.1%;2.0h时,粒径在37.8～78.8nm的粒子,数量百分数为89.7%;2.5h时,粒径在32.7～58.8nm的粒子,数量百分数为87.7%;3.0h时,粒径在43.8～91.3nm的粒子,数量百分数为88.3%;3.5h时,粒径在24.4～43.8nm的粒子,数量百分数为87.3%;4.0h时,粒径在78.8～164.0nm的粒子,数量百分数为84.7%;4.5h时,粒径在58.8～122.0nm的粒子,数量百分数为88.8%;5h时,粒径在24.4～50.7nm的粒子,数量百分数为94.5%.其中抽提时间为1.5h,3.5h和4.0h时溶出粒子中分别有粒径为4150.0～5560.0nm、4150.0～5560.0nm、1110.0～6440.0nm的粒子,但数量极少,无法测试,其体积分数仅分别为0.3%,0.3%,2.6%;当溶出粒子浓度增大时,粒子间通过氢键会形成分子集团,而赤桉木材细胞壁上的纹孔直径一般不超过400nm,因此这些粒子足以对药剂在木材中的渗透和扩散产生屏障、对制浆产生树脂障碍.2.3超声抽提对赤桉木材微/纳米粒子溶出量的影响经过试验、测试,超声波抽提中,赤桉木片溶出粒子的特征如图2所示.经过超声波抽提5.0h,赤桉微/纳米粒子的溶出量是3.153g.图2显示,在超声波抽提中,赤桉木片中溶出的纳米粒子粒径在28.2～78.8nm之间的,体积分数为80.1%,粒径在24.4～50.7nm之间的数量较多,数量百分数为89.0%,而粒径190.0～396.0nm之间的粒子体积占4.4%,且数量极少.与表1和图1中的数据进行对比发现,超声波抽提不仅可以增加赤桉木材微/纳米粒子的溶出量,而且可以降低微/纳米粒子的集聚程度.这是因为超声强化常规流体的提取主要源于超声的空化作用,空化泡在瞬间迅速涨大并破裂,破裂时把吸收的声场能量在极短的时间和极小的空间内释放出来,可形成高温和高压的环境,同时伴随有强大的冲击波和微声流,从而破坏细胞壁结构,使其在瞬间破裂,并使植物细胞内的有效成分得以释放,直接进入溶剂并充分混合,以提高提取率.2.4粒径分布的测定经过试验、测试,冷冻抽提和激光等离子抽提中,赤桉木片溶出粒子的特征见表2.经过冷冻抽提或激光等离子抽提5.0h,赤桉微/纳米粒子的溶出量分别是3.050和3.196g.表2显示,在冷冻抽提中,溶出物粒径在18.2～32.7nm之间的粒子,体积分数为89.0%,粒径在18.2～28.2nm之间的粒子,数量百分数为88.6%,而粒径在220.0～531.0nm之间的粒子体积占4.7%,且数量极少;在激光等离子抽提中,粒径在11.7～18.2nm之间的粒子,体积分数为92.3%,粒径在11.7～18.2nm之间的粒子,数量百分数为96.5%,而粒径220.0～396.0nm之间的粒子体积占1.6%,且数量极少.经对比发现,冷冻预处理、激光等离子抽提均能降低赤桉木材微/纳米粒子的集聚程度,也可提高微/纳米粒子的溶出量,其中激光等离子抽提的效果最佳.3粒子数量对吸收剂用量的影响(1)在索氏抽提过程中,溶出量随赤桉木片抽提时间延长而增大;以体积分数为评价指标时,溶出的微/纳米粒子直径主要集中在37.8～106nm,体积分数为60.27%;以数量百分数为评价指标时,溶出的微/纳米粒子直径主要集中在28.2～91.3nm,数量百分数为83.68%;抽提1.5,3.5和4.0h时溶出粒径为4150.0～5560.0nm、4150.0～5560.0nm、1110.0～6440.0nm的粒子数量极少,其体积分数仅分别为0.3%,0.3%,2.6%,但足以对药剂的渗透和扩散产生屏障,对制浆过程树脂的溶出产生一定的影响.(2)超声波抽提过程中,粒径在28.2～78.8nm之间的粒子,体积分数为80.1%;粒径在24.4～50.7nm之间的粒子,数量百分数为89.0%;而粒径在190.0～396.0nm之间的粒子体积占4.4%,且数量极少.冷冻抽提过程中,粒径在18.2～32.7nm之间的粒子,体积分数为89.0%;粒径在18.2～28.2nm之间的粒子,数量百分数为88.6%;而粒径在220