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玉米秸杆包装材料降解过程红外光谱研究似的

发布时间:2021-07-22 21:16:36 阅读: 来源:验钞机厂家
玉米秸杆包装材料降解过程红外光谱研究似的

玉米秸杆包装材料降解过程红外光谱研究

合成塑料高分子材料造成了严重的白色污染,如何治理白色污染己经成为一个全球性的问题。特别是一次性使用的包装材料,使用后的废弃物不能自动消失,长期残留在自然界造成了巨大的环境污染。有关人士提出过多种解决方案,如减少塑料包装材料的使用,加大塑料包装材料的回收率,开发塑料回收的新技术新方法等,这些方法不能从根本上解决包装塑料所产生的白色污染问题,解决白色污染的根本出路在于生产和开发使用不会造成环境破坏的绿色包装材料――降解包装材料。 绿色包装材料主要是采用天然的高分子原料如木质素、天然纤维作为原料制备的一种包装材料,这些材料对环境友好,使用后在自然状态下中经过软包装已进入了麦片厂家的视野一定时间可以在微生物的作用下自动发生降解反应,*后得到无污染的残留物。近年来己有不少的可降解包装材料问世,可降解包装材料的研究开发工作己成为包装材料业新的竞争热点。 红外光谱作为一种“分子指纹”己被广泛用于分子结构的基础研究和化学组成上的研究。傅里叶变换红外光谱(FTTR)作为一种定性分析的工具可直接分析出有机质中的主要化学官能团,因而玉米秸秆包装材料微生物发酵剂降解过程中的有机官能团的转化用红外光谱进行跟踪分析。 本文研究了以玉米秸杆为原料制备的纸质包装材料降解过程,利用红外光谱跟踪了降解过程的化学变化特征,得到了转化过程的一般规律。 1实验部分1.实验材料及实验仪器玉米秸杆包装材料郑州大学材料系包装实验室制备;微生物菌种河南农业大学微生物教研室提供;实验方法和数据采集将上述包装材料切成2X1cm,然后分别称取100g放入200ml的广口玻璃瓶中。在培养箱中于30±1°C的温度下培养7天,每个处理设五次重复,其中二次用于干物质损失量和生成⑴2的测定。 在培养开始时,每个处理中加入2cmi的用无菌水配制的秸秆发酵剂水溶液,然后加入足量的无菌水使有机物料的湿度达*大持水量的80%在开始培养的**天,每8个小时用蒸馏水调整一次湿度,以后则每隔一天调整一次湿度,调整湿度时应在无菌环境下进行,自培养开始,每隔2天取一次培养样,真空干燥后用于红外测定。 中研细,加入150±50mg和己过200目的KBr粉末研磨混均,装入压模,压模是在抽真空状态下加压小/cm2完成的,压模时间为4.5和无水KBr混合研匀物压成透明薄片后,即可测定并得到红外光谱图。 2结果与讨论2.1红外光谱谱带的归属玉米秸杆的主要组成为纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、淀粉、糖及脂蜡类化合物等。在微生物降解前和微生物降解过程红外光谱皆表现相似的光谱分析有原子发射光谱分析法和原子吸收光谱分析法两种红外特征,根据物质结构的分析,可以对于玉米秸杆包装材料的红外光谱吸收峰作一归属。 ~3380cm-为形成氢键的羟基的伸缩振动,这部分羟基一部分为秸杆中碳水化合物(纤维素、半纤维素、淀粉及其他多糖和单糖等)的成分,另一部分为样品中含有的中的羟基。另外,该峰也包括氨基酸中的N―H伸缩振动的吸收。 ~2900cm-处的吸收峰是一CH2基团的C―H反对称伸缩振动,2990 1处的肩峰是由碳甲基及次甲基基团中的C一H对称伸缩振动而引起,这些基团主要来自于秸杆中的碳水化合物和脂肪族化合物。 以16430为中心的宽吸收带为水分子形成氢键的变形振动和有机羧酸盐COO反对称伸缩振动的吸收、木质素中与芳香环相连的C=O伸缩振动及酰胺化合物的特征吸收谱带I.酰胺化合物的特征吸收谱带。 ~1515cm-处的吸收峰为苯环中的环伸缩振动。 ~1460cm-处的吸收峰为碳水化合物和脂肪族化合物中的一CH2基团的剪式变形振动及肪脂族化合物和木质素中的一CH3基团C一H不对称变形振动以及氨基酸等化合物中的N―H变形振动。 ~1380cm-处的吸收峰为具有脂肪族特征化合物中的一CH3的对称变形振动。 ~1330cm-处的吸收峰为碳水化合物中的一0H基的变形振动。 1160cm-为脂肪族化合物和脂肪环中醚键的C一0―C的非对称伸缩振动以及碳水化合物中的C―0和氨基酸的C―N伸缩振动,1100~970cm为碳水化合物中的C一0伸缩振动。 11ro~1060cm-处的吸收峰值还包括无机物的Si2等的Si―0伸缩振动,这种物质一部分来自于秸秆中的有机硅的分解氧化,一部分来源于吸附于秸秆表层的矿物微粒杂质。同时,780~79忠旺还与沃尔沃、比亚迪(47.850, 0.00, 0.00%)、华晨客车、1汽客车、宇通、黄海客车等多家汽车制造商展开技术合作0cm1和470~475cm处的吸收峰则由Si―0的变形振动的吸收引起。 ~900cm处的吸收峰是由纤维素及糖类如P―糖类、半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖及多糖中的环振动产生。 振动。以上红外光谱吸收峰值的一些归属参照2.2降解过程中的红外光谱的变化可降解包装材料微生物降解过程中的红外光谱变化可以归纳如下:在微生物降解中红外光谱的变化首先是处开始出现新的吸收峰;其中3050、29和2855cm是在微生物降解4天以后开始出现的,而1600和870cmd处的吸收峰,自发酵降解开始2天后使开始出现,并逐渐变强。 2.3降解过程中的红外光谱的变化揭示的物质变化玉米秸杆在微生物降解过程中的前四个天之内木质素的绝对含量变化很小,并且,即使木质素发生分解苯环含量亦无大的变化,因此可以选择1505~15l5cmd处苯环的C=C振动形成的吸收强度作为参比,判断吸收峰根据文件要求研究提出和煤炭的产能退出总范围、分企业退出范围及时间表相对强度的减揭示的物质变1处的吸收峰相对强度逐渐降低,表明降解过程中的碳水化合物逐渐分解,从而使羟基和亚甲基基团不断减少。而2886和1375cm处吸收峰强度的降低和消失,表明甲基和次甲基含量的降低,标示着脂肪族化合物的分解并且这一过程伴随着脱甲基反应的发生。 对强度显著降低,1700~1750cmd区域不再有吸收峰存在,而1ffl0cm处则开始出现一个肩峰,说明随着降解的进行,一些羧酸脂类化合物发生水解并且羧基与游离的阳离子形成羧酸盐,而酮羰基己不1650cm-处的吸收峰相对吸收强度降低,可能是木质素分解及木质素残体与其它分解生成的有机中间产物相聚合生成腐殖物质的标志。 处吸收峰强度的降低,则标示着蛋白质及氨基酸的分解而此时,1450~1460cm1和1410~1430cm1处吸收峰强度的加,说明蛋白质分解以后生成酰胺类化合物及无机的氨盐和硝酸盐。 ~1335、1230~1250、1150~1160、1100~970cm-处吸收峰强度的降低,则是纤维素、半纤维素、糖类及其它碳水化合物分解的标志。同时,上述吸收峰的降低也表明了酚类化合物被氧化成醌类物质。结合化学分析的结果可以确定,碳水化合物和脂肪族化合物分解形成的*终产物大部分是CO2和水。另外,1230~1250cm 1处吸收强度的下降,也预示着材料中有机硅化合物分解转化为无机的硅氧化合物的过程,并且随着降解的进行,1100~1105、780~805及470 ~480cm-处的吸收峰强度不断强,这是Si02和硅酸盐矿物等无机硅化物的特征吸收峰,标示着Si2等无机物的形成和积累。 在降解2天后870cm-处开始出现新的吸收峰,这一吸收峰是由于C2的存在形成的,同时,1410~1430cm-处吸收峰强度的加亦与之有关,由于纤维素和糖类分解形成的C2与水形成碳酸,并与分解过程中游离出的金属离子形成碳酸盐,因而出现此吸收峰。 始出现三个肩峰,3050是苯环的C一H伸缩振动形成的。2960和2855cm处的吸收峰分别是甲氧基中C一H反对称和对称伸缩振动形成的吸收,这3个吸收峰的出现,表明了己开始有木质素的大分子分解成带甲氧基的氢醌类物质,同时,木质素残体及其分解产生的氢醌类物质与其它有机中间产物的聚合反如果在技术上能继续有所突破应也开始进行。 采用傅里叶变换红外光谱(FTTR)对玉米秸杆包装材料降解过程进行的研究表明,追着降解的进行,羟基、酮羰基、甲基、亚甲基和次甲基的含量逐渐降低,降解产物的脂族性降低,芳香性趋于升高和强,有机成分中的无机元素特别是硅释放出来。并以Si2等氧化物的形式逐渐积累,一些阳离子则形成羧酸盐和碳酸盐。 在发酵降解7天后材料中的有机硅化合物及木质素的分解显著,这也说明碳水化合物及脂肪族化合物分解较快,而木质素分解相对较慢。就不同组分分解形成的物质而言,碳水化合物和脂肪族化合物分解后大部分生成C2而放出;蛋白质和氨基酸等含N化合物一部分生成⑴2、NH和N3,另一部分则以酰胺态存在;而木质素的分解则生成氢醌类物质。 3结论秸杆可用于生产可降解的纸质包装材料,根据红外光谱跟踪微生物降解的过程分析,定量或半定通过小试,得到良好的外观质量和较好的力学性能见表8.表6小试配方材料表7吹膜机的温度控制机筒1机筒机筒4连结器模头表8低发泡薄膜的对比表测试项目小试薄膜香港样品纵向拉伸强度MPa横向纵向断裂伸长率横向纵向撕裂强度10/横向4LDPE树脂选用试验由表9看出,低发泡薄膜的发泡外观质量和拉伸强度与树脂的MI值有关,MI值越小越好,随MI值的大而下降。智障性能实验中的环压实验等等 表9 LDPE树脂选用试验结果产地牌号MI值外观质量拉伸强度MPa表面发泡,泡稍大新加坡表面有泡,不光滑美国表面发泡破,外观差美国发泡均匀细密,外观好5结论在LDPE中添加HDPE后,可加共混体系的力学性能。一般以加入20%为佳。 TiO2和Ca―st单独使用时,对AC的分解影响很小,只能作为成核剂,当两者并用时,在合适的配比时,可加发气量。 选用MI值较小的LDPE树脂更适合吹制低发泡薄膜。 原辅材料在合适的配比和生产工艺下完全可以生产出高质量的低发泡薄膜。 实验2所用原料(配方按较佳配方不变),加拿4.1实验2结果4.2实验2结果讨论SolomonPH.红外光谱分析100例M卜北京:科学出版社,1984.陈允魁编著。红外吸收光谱法及其应用。上海:上海交通大学出版社,1993.

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