竹浆粕在漂白流程中的XPS分析.pdf
《竹浆粕在漂白流程中的XPS分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《竹浆粕在漂白流程中的XPS分析.pdf(5页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第3 0 卷第1 2 期 2 0 0 9 年1 2 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 0 D e c N o 1 2 2 0 0 9 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 9 ) 1 2 0 0 1 3 0 5 竹浆粕在漂白流程中的X P S 分析 何建新1 2 ,章伟1 ,李克兢1 ,崔世忠1 ,王善元2 ( 1 中原工学院纺织学院,河南郑州4 5 0 0 0 7 ;2 东华大学纺织学院,上海2 0 1 6 2 0 ) 摘要利用x 射线光电子能谱( x P s ) 分析了竹浆粕在制备过程
2、中其表面化学组成随漂白流程的变化。在漂白流 程中除了漂白阶段以外,其他各阶段竹浆表面的O C 比值均增加,表明除了漂白阶段以外木质素和抽提物在竹浆 表面的浓度是降低的,表面木质素和抽提物含量的计算结果表明,漂白阶段竹浆O C 比的降低主要是由于抽提物 从内部迁移到表面,当终漂浆粕进一步抽提,O C 比值接近纤维素的理论值。通过分析C l s 峰c l c 4 的相对含量 得出,竹浆的主要化学成分随漂白流程的变化而变化,证明了木聚糖酶和D M D 处理具有相同的效应,即有效地脱 除了半纤维素和木质索。 关键词竹溶解浆粕;X 射线光电子能谱;化学组成;漂白 中图分类号:T S1 8 2文献标志码:
3、A , X P Sa n a l y s i so fb a m b o od i s s o l v i n gp u l pi nb l e a c h i n gp r o c e s s H EJ i a n x i n l ”,Z H A N GW e i l ,L iK e j i n g I ,C U IS h i z h o n 9 1 ,W A N GS h a n y u a n 2 ( 1 C o l l e g eo fT e x t i l e ,Z h o n g y u a nU n i 钟r s i t yo fT e c h n o l o g y ,Z h
4、e n g z l w u ,t t e n a n4 5 0 0 0 7 ,C h n a ; 2 C o l l e g eo fT e x t i l e ,踟,劝U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i2 0 1 6 2 0 ,C h n a ) A b s t r a c tT h ec h a n g eo fs u r f a c ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no fb a m b o op u l pa tb l e a c h i n gs t a g ed u r i n gi t s p r e
5、p a r a t i o nw a sa n a l y z e dw i t hX r a yp h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y ( X P S ) T h er a t i oo fO Ci n c r e a s e dd u r i n g b l e a c h i n gp r o c e s se x c e p tb l e a c h i n gs t a g e ,i n d i c a t i n gt h es u r f a c ec o n c e n t r a t i o n so fl i g n
6、 i na n de x t r a c t i v ew e r e r e d u c e de x c e p tb l e a c h i n gs t a g e T h ec a l c u l a t i o no fl i g n i na n de x t r a c t i v ec o n t e n t so nt h es u r f a c eo fb a m b o op u l p s h o w e dt h a tt h ed e c r e a s eo fO Ci nt h es t a g eo fH 20 2b l e a c h i n gW a
7、sp r i m a r i l yd u et ot h et r a n s i t i o no fe x t r a c t i v e s f r o mi n t e r n a lt os u r f a c e W h e nf u r t h e re x t r a c t i o nW a sp e r f o r m e da tt h ee n do fb l e a c h i n g ,t h er a t i oo fO C a p p r o a c h e dt ot h et h e o r e t i c a lv a l u eo fc e l l u
8、 l o s e T h ec o n t e n t so fC 1 一C 4i nC l sp e a k sf o rb a m b o op u l p o b t m n e di nv a r i o u sb l e a c h i n gs t a g ew e r ea n a l y z e d ,a n dh o wt h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no fb a m b o op u l pv a r i e s 埘t ht h eb l e a c h i n gp r o g r e s s i n gW a Sd i
9、s c l o s e d n er e s u l t sa l s od e m o n s t r a t e dt h a tt h e r eW a st h es a n l ee f f e c tf o r x y l a n a s ea n dD M Dt r e a t m e n t s ,t h a ti s ,h e m i c e l l u l o s ea n dl i g n i nw e r er e m o v e de f f e c t i v e l y K e yw o r d s b a m b o od i s s o l v i n gp
10、u l p ;X P S ;c h e m i c a lc o m p o s i t i o n ;b l e a c h i n g 用于制备醋酸纤维、L y o c e l l 纤维的浆粕与粘胶 浆粕、造纸浆粕的差别在于浆粕纤维的化学组成。 由于浆粕中非纤维素成分如木质素、半纤维素的溶 解性能与纤维素不同,过高的非纤维素成分会导致 溶液混浊,过滤性能差,为醋酸纤维和L y o c e l l 纤维 的纺丝带来困难,因而检测竹浆在制浆过程中化学 组成的变化非常重要。X P S 是分析材料表面性能的 最有效方法,已广泛用于木浆纤维的表面成分分析。 但是竹纤维的结构、形态和化学成分与木纤维存
11、在差 别,到目前为止尚没有将X P S 用于竹浆纤维表面成分 分析的报道。本文利用X P S 研究了竹浆粕制备过程 中其表面成分随漂白流程的变化。 1实验部分 1 1材料 竹浆制备过程不同阶段采集的样品。蒸煮、木 聚糖酶处理、一漂、D M D 处理、碱抽提和终漂阶段的 收稿日期:2 0 0 8 1 0 2 2修回日期:2 0 0 9 0 2 1 7 基金项目:中国博士后科学基金资助项目( 2 0 0 8 0 4 3 0 0 7 9 ) ;河南省教育厅自然科学研究计划项目( 2 0 0 8 A 5 4 0 0 0 5 ) 作者简介:何建新( 1 9 7 7 一) ,男,副教授,博士。主要从事生物
12、纺织材料的研究与开发。E m a i l :h e j i a n x i n 7 7 1 1 1 7 1 6 3 c o r n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 1 4 纺织学报第3 0 卷 样品分别用C 、X 、H ,、D 、E 、H 3 表示。 1 2 红外光谱测试 傅里叶红外光谱用尼高力N E X U S 6 7 0 红外光谱 仪测定,分辨率为2c m 一,每个样品扫描1 0 0 次。将 5 0n a g 的干燥样品粉末与2 0 0m
13、g 的K B r 混合制作 压片。 1 3X P S 分析 竹浆的X P S 实验在英国V G 公司的M K I I 型 X 射线光电子能谱仪上进行,操作条件为:功率 9 8 4W ,通过能5 0e V ,真空度lx1 0 一。利用高斯曲 线对C l s 信号峰进行拟合,各个基团相对于 C 1 ( C C ) 位置的化学位移分别为:C 2 ( C O ) , ( 1 7 3 0 0 2 ) e V ;C 3 ( O C O 或C O ) ,( 3 2 0 0 1 0 ) e V ;C 4 ( O C O ) ,( 4 4 0 0 0 2 ) e V 。灵敏 度因子:O C I t 为0 2 0
14、 ,O C O l s 为0 6 1 。 1 4 抽提物和木质素覆盖率的计算 利用二氯甲烷对蒸煮后的浆粕和终漂后的样品 进行抽提,抽提后的样品分别用E 。和E ,表示。浆 粕表面木质素和抽提物的含量用他们的覆盖率表 示。利用S t r O m 和C a r l s s o n 提供的式( 1 ) 、( 2 ) ,竹浆 抽提物和木质素的覆盖率通过X P S 谱的O C 原子 比计算: 9 抽提物= ;罢:;8 j :耋:糍0 0 c ,9 抽提物。而而i 了j 面瑶川 =船案瓮00cp*tt 2 而面i j 面瓦州L z , 式中:妒抽提物为抽提物的覆盖率;妒木质素为木质素的 覆盖率;( O C
15、 ) 抽墨物为抽提物的O C 原子比,取 0 1 2 ;( o c ) 木质寮为木质素的O C 原子比,取0 3 3 ; ( o c ) 抽提前、( o c ) 抽提后分别为抽提前、后竹浆样品的 O C 原子比;( o c ) 纯裳帕为纯浆粕的O C 原子比,取 纤维素的O C 原子比为0 8 3 。 竹浆木质素含量和抽提物含量分别根据G B T 2 6 7 7 8 1 9 9 4 和G B T2 6 7 7 6 1 9 4 4 进行测定n 1 ,木 质素总量为不溶于酸的K l a s o n 木质素和溶于酸的木 质素之和。 2 结果与讨论 2 1 红外光谱分析 漂白过程各阶段竹浆的红外光谱如
16、图1 所示。 由图1 可见,木聚糖酶处理后红外光谱的特征 峰没有发生大的变化,但仔细观察发现,29 2 0e m 一 4 0 0 0 35 0 0 30 0 025 0 020 0 015 0 010 0 05 0 0 波j I B U c m 一1 图1漂白流程各阶段竹浆的红外光谱 F i g 1 I Rs p e c t r ao fb a m b o op u l p sa tv l l r i o u sb l e a c h i n gs t a g e s 处为半纤维素的C H 不对称伸缩振动特征峰明显 减弱;而12 8 2 、10 3 2c n l 一处出现了2 个肩峰,分别 为
17、纤维素C - - H 弯曲振动和C 6 位置C O 伸缩振动。 这证明了木聚糖酶对竹浆中半纤维素( 木聚糖) 的水 解作用,一些被半纤维素掩盖的纤维素吸收峰开始 显现。接下来的一漂样品中,羟基伸缩振动在 28 9 5e m 。1 处呈现单一波峰;13 3 4 、13 1 9 1c m 。1 处 分别为纤维素c 一0 H 弯曲振动和C H 2 摇摆振动的吸 收峰明显增强;12 8 2 、12 6 1 、12 4 7 、l2 3 6e m 。1 处的 四重峰能够分辨,而漂前只在12 6 1 、12 3 8c m 一处显 示不明显的两重峰;11 1 2 、10 3 1 7c m 。1 处分别为纤 维
18、素环伸缩振动和c 6 位置c O 伸缩振动的吸收峰 增强。这些振动吸收的变化证明了一漂中半纤维素 和木质素的脱除以及竹浆纤维素含量的增强。与一 漂浆粕的红外光谱相比,D M D 处理后的红外光谱并 没有差异。根据木质素的含量T R L C 与卡伯值K 的 关系式为b o 眦c = 稃K 丽1 0 0 ( 3 ) 一漂后竹浆的卡伯值为5 1 0 ,此时木质素含量仅为 0 7 8 。这表明一漂后竹浆的木质素和半纤维素含 量已经很低,利用红外光谱已不能进一步分辨。因 而引入X P S 来探测竹浆纤维表面化学成分的变化。 2 2X P S 谱的氧碳比分析 图2 为竹浆粕全谱扫描的X P S 谱。正如预
19、期, 除了蒸煮后的样品有少量的C a 元素,探测到的竹浆 元素主要是O 和C 。X P S 检测极限为0 1 ,利用元 素的灵敏度因子,计算各种竹浆样品表面的氧碳原 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 2 期 何建新等:竹浆粕在漂白流程中的X P S 分析 1 5 子比( o c ) ,其随流程的变化如图3 所示。已知纤维 素的理论O C 值为0 8 3 ,半纤维素( 木聚糖) 为 0 8 1 ,木质素为0 3 3 ,抽提物为0 0 3 ( 谷甾
20、醇) 一0 1 2 ( 油酸,硬脂酸) J 。由这些理论值可以看出,纤维素 的O C 值要明显高于木质素和抽提物,图3 中除H 和H ,段以外,其他各段竹浆表面的O C 值均增加, 因而除了H 。和H 段以外,木质素和抽提物在竹浆 表面的浓度是降低的。 , l :七 世 暖 图2 蒸煮后浆粕样品表面的宽扫描X P S 谱 F i g 2 W i d et i t a nx P ss p e c t r u mo fb a m b o op u l pa f t e rc o o k i n g | 奎I3 竹浆表面的O C 原子比随漂自流程的变化 F i g 3C h a n g eo fO
21、Ci nb a m b o op u l ps u r f a c e w i t hb l e a c h i n gp r o c e s s 计算结果表明,竹浆表面木质素和抽提物的含 量均高于他们的总含量。对于松木和云杉硫酸盐 浆,G u s t a f s s o n 和L a i n e 等人“1 也观察到了类似的结 果。蒸煮后竹浆粕的抽提物覆盖率为6 4 ,而竹 材原料的总抽提物含量仅为2 5 7 ;蒸煮后竹浆的 木质素覆盖率为2 8 2 6 ,而根据式( 3 ) 计算的总木 质素含量仅为1 8 2 。终漂浆粕的抽提物和木质 素的覆盖率分别为9 3 5 和3 2 ,总含量分别为 0
22、 0 8 和0 1 4 。相比蒸煮后的浆粕,终漂浆粕的 抽提物覆盖率明显高于木质素的覆盖率,这说明漂 白阶段竹浆O C 比的降低主要是由抽提物导致的 而不是木质素,可能是因为漂白过程中更多的抽提 物从内部迁移到表面。进一步抽提终漂浆粕时, O C 值接近纤维素的理论值( 0 8 3 ) 。 2 3X P s 谱的C l s 峰分析 为了更好地了解漂白各阶段浆粕表面化学组成 的变化,需要对窄区扫描得到的C l s 区域的高分辨 率X P S 谱进行详细地分析。D o r r i s 等n 1 在1 9 7 8 年首 先发表了有关机械浆和化学浆的X P S 研究,他们将 木材中的碳原子划分为4 种
23、结合形式,分别记为 C l 、c 2 、C 3 、c 4 ,这4 种形式的结构特征和化学位移 如下:c l 一仅与其他碳原子或氢原子相结合。这主 要来自木素苯基丙烷和脂肪酸、脂肪和蜡等,其电子 结合能较低,约为2 8 5e V 。C 2 一与1 个非羰基氧结 合。纤维素和半纤维素分子中均有大量碳原子与羟 基( 一0 H ) 相连,尤其是纤维素,羟基具有极性,电负 性大,故电子结合能相应增加,约为2 8 6 5 2 8 7 0e V 。C 3 一与2 个非羰基氧或与1 个羰基氧结 合。是木材表面化学组分被氧化的结构特征,这种 结合碳的氧化态较高,表现为较高的电子结合能,约 为2 8 8 0 2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 竹浆 漂白 流程 中的 XPS 分析
链接地址:https://www.31doc.com/p-3721764.html