木質素

木質素

木質素是由四種醇單體(對香豆醇、松柏醇、5-羥基松柏醇、芥子醇)形成的一種複雜酚類聚合物。是一種廣泛存在於植物體中的無定形的、分子結構中含有氧代苯丙醇或其衍生物結構單元的芳香性高聚物。植物的木質部(一種負責運水和礦物質的構造)含有大量木質素,使木質部維持極高的硬度以承拓整株植物的重量。

基本信息

概念

木質素是三種苯丙烷單元通過醚鍵和碳碳鍵相互連線形成的具有三維網狀結構的生物高分子,存在於木質組織中,主要作用是通過形成交織網來硬化細胞壁,為次生壁主要成分。
木質素主要位於纖維素纖維之間,起抗壓作用。在木本植物中,木質素占25%,是世界上第二位最豐富的有機物(纖維素是第一位)。由於自然界中木質素與纖維素、半纖維素等往往相互連線,形成木質素-碳水化合物複合體(Lignin-Carbohydrate Complex),故目前沒有辦法分離得到結構完全不受破壞的原本木質素。

單體結構

木質素是由三種醇單體(對香豆醇、松柏醇、芥子醇)形成的一種複雜酚類聚合物。
木質素是構成植物細胞壁的成分之一,具有使細胞相連的作用。木質素是一種含許多負電集團的多環高分子有機物,對土壤中的高價金屬離子有較強的親和力。
因單體不同,可將木質素分為3種類型:由紫丁香基丙烷結構單體聚合而成的紫丁香基木質素(syringyl lignin,S-木質素),由愈創木基丙烷結構單體聚合而成的愈創木基木質素(guaiacyl lignin,G-木質素)和由對-羥基苯基丙烷結構單體聚合而成的對-羥基苯基木質素(para-hydroxy-phenyl lignin,H-木質素);裸子植物主要為愈創木基木質素(G),雙子葉植物主要含愈創木基-紫丁香基木質素(G-S),單子葉植物則為愈創木基-紫丁香基-對-羥基苯基木質素(G-S-H)。從植物學觀點出發,木質素就是包圍於管胞、導管及木纖維等纖維束細胞及厚壁細胞外的物質,並使這些細胞具有特定顯色反應(加間苯三酚溶液一滴,待片刻,再加鹽酸一滴,即顯紅色)的物質;從化學觀點來看,木質素是由高度取代的苯基丙烷單元隨機聚合而成的高分子,它與纖維素、半纖維素一起,形成植物骨架的主要成分,在數量上僅次於纖維素。木質素填充於纖維素構架中增強植物體的機械強度,利於輸導組織的水分運輸和抵抗不良外界環境的侵襲。
木質素在木材等硬組織中含量較多,蔬菜中則很少見含有。一般存在於豆類、麥麩、可可、草莓及山莓的種子部分之中。其最重要的作用就是吸附膽汁的主要成分膽汁酸,並將其排除體外。
另外,雖然其詳細情況尚不得而知,但木質素的構造與多酚非常相似,故此,木質素與多酚應該有密切的關係。總之,二者對於身體都有很好的作用。

持續發展

隨著人類對環境污染和資源危機等問題的認識不斷深入,天然高分子所具有的可再生、可降解等性質日益受到重視。
Kim JW 等研究了煤與造紙黑液的共液化,他們認為木質素的熱解形成苯氧自由基,以及其它反應性自由基在低溫下對於煤基有很重要的熱解作用。這些自由基是高效的活性中間體,能夠使得煤中的亞甲基斷裂從而促進煤的解聚。
Akash BA 等研究了煤與木質素共液化動力學。採用伊利諾斯州煙煤與腐蝕性的木質素混合物,反應在初始氫壓 1.1 MPa、375℃、四氫萘作溶劑下完成的。煤和木質素混合物液化產品與單獨用煤液化得到的產物相比,含較少苯不溶物。排阻色譜研究表明,煤和木質素混合物液化產品平均分子量比用單煤或單木質素液化得到的產品的分子量要低。試驗數據表明,在加入木質素後煤的轉化率提高了22%,通過研究分析得到了描述化學反應的數學模型。他們對液體產品循環的影響也進行了研究。初步試驗表明,隨著產品循環的增加,煤總的分解率是減小的。
以上的研究表明,當煤與木質素共液化時,煤的液化溫度可降低。而且不同研究者得到的實驗結果都表明,與煤單獨液化相比,煤與生物質共液化所得到的液化產品質量得到改善,液相產物中低分子量的戊烷可溶物有了增加。產生這些結果的原因可能是木質素的熱解形成苯氧自由基,以及其它反應性自由基在低溫下對於煤基有很重要的熱解作用。當使用含有苯酚類基團的溶劑進行液化時,煤的轉化率也有顯著增加,雖然國內外對生物質與煤的共液化取得了一定的進展,但還有許多不夠深入,以後應著力研究煤與木質素共液化工藝條件,改性生物質與煤液化試驗研究、木質素與煤共液化動力學、木質素與煤催化劑的專用高效催化劑方面的研究。

展覽會

國際碳纖維會議7月25日~26日在美國紐約州水牛城舉辦,會議由哈勃公司(Haper International)主辦,美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)協辦。有來自20多個國家的170多位企業代表與學者參會。會議提出採用可再生原料生產低成本、高產量碳纖維是今後發展趨勢。
2014中國國際木質素產業及套用展覽會將於2014年5月15日-17日在上海世博展覽館召開。

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