第三章-木质素

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1、生物质材料主要内容 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 纤维素基材料纤维素基材料 第三章第三章 木质素木质素 第四章第四章 木材木材 第五章第五章 淀粉基材料淀粉基材料 第六章第六章 甲壳素基材料甲壳素基材料 第七章第七章 蛋白质基材料蛋白质基材料 第八章第八章 其他生物质材料其他生物质材料 第三章 木质素 目的和要求 掌握和了解木质素的掌握和了解木质素的分布分布、化学结构化学结构、基本性质基本性质、主要应、主要应用。用。 内容和要点 3.1 木质素概述木质素概述3.2 木质素的结构与性质木质素的结构与性质3.3 木质素化学木质素化学3.4 木质素的应用木质素的应用 3.1 木质素概述（1）

2、来源 1838年法国农学家年法国农学家Payen从木材分离纤维素的同时发现一种含从木材分离纤维素的同时发现一种含碳量更高的化合物；后来碳量更高的化合物；后来Schulze仔细分析了这种化合物，并仔细分析了这种化合物，并称之为称之为“lignin”，是从木材的拉丁文，是从木材的拉丁文“lignum”衍生而来，中衍生而来，中文译作文译作“木质素木质素”，有时简称为，有时简称为“木素木素”。木质素是一类由木质素是一类由苯丙烷苯丙烷单元通过单元通过醚键醚键和和碳碳-碳键碳键连接的无定形连接的无定形高聚物，广泛分布于具有维管束的羊齿类植物以上的高等植高聚物，广泛分布于具有维管束的羊齿类植物以上的高等植物

3、中，是裸子植物和被子植物所特有的成分。物中，是裸子植物和被子植物所特有的成分。木质素与纤维素、半纤维素黏结在一起形成植物的主要结构，木质素与纤维素、半纤维素黏结在一起形成植物的主要结构，是植物界中仅次于纤维素的第二丰富的天然高分子。是植物界中仅次于纤维素的第二丰富的天然高分子。木质素在木材中的含量为木质素在木材中的含量为20-40%，禾本科植物中木质素的含，禾本科植物中木质素的含量一般比木材中含量低，约为量一般比木材中含量低，约为15-25%。3.1 木质素概述（2）分类习惯分法：习惯分法：针叶材木质素针叶材木质素、阔叶材木质素阔叶材木质素、禾本科木质素禾本科木质素按结构分为：按结构分为：愈疮

4、木基木质素愈疮木基木质素(G木质素木质素)、愈疮木基、愈疮木基-紫丁紫丁香基木质素香基木质素(GS木质素木质素) 愈疮木基木质素：松柏醇脱氢聚合而成（大多数针叶材）愈疮木基木质素：松柏醇脱氢聚合而成（大多数针叶材） 愈疮木基愈疮木基-紫丁香基木质素：松柏醇和芥子醇脱氢共聚而紫丁香基木质素：松柏醇和芥子醇脱氢共聚而 成（大部分阔叶材及禾本科）成（大部分阔叶材及禾本科）CH2OHCHOCH3OHCHCH2OHCHOCH3H3COOHCH松柏醇松柏醇芥子醇芥子醇3.1 木质素概述（3）木质素的分布木质素在木材中的整体分布l木质素在木质素在木材中的分布木材中的分布是是不均匀不均匀的。的。l针叶材木质素

5、含量高于阔叶材和禾本科植物。针叶材木质素含量高于阔叶材和禾本科植物。l同株木材中木质素的含量从上部到下部逐渐增加。相同的高度，同株木材中木质素的含量从上部到下部逐渐增加。相同的高度，一般是心材部分木质素的含量高于边材。同一年轮层中早材和一般是心材部分木质素的含量高于边材。同一年轮层中早材和晚材的木质素含量也有差别。晚材的木质素含量也有差别。l除含量差别外，树木各部位木质素的组成也有变化。阔叶材成除含量差别外，树木各部位木质素的组成也有变化。阔叶材成熟的木质部比初生木质部紫丁香基含量高，心材部分木质素紫熟的木质部比初生木质部紫丁香基含量高，心材部分木质素紫丁香基丙烷含量高于边材，根部木材的木质素

6、愈疮木基丙烷含丁香基丙烷含量高于边材，根部木材的木质素愈疮木基丙烷含量增加，针叶材的树皮木质素含有较多的对羟基苯丙烷，阔叶量增加，针叶材的树皮木质素含有较多的对羟基苯丙烷，阔叶材树皮木质素的愈疮木基丙烷含量比木材高。材树皮木质素的愈疮木基丙烷含量比木材高。3.1 木质素概述 各类细胞中木质素的组成与分布（1）针叶材中木质素的分布）针叶材中木质素的分布l正常材：大部分木质素存在于次生壁而不是分布于胞间层正常材：大部分木质素存在于次生壁而不是分布于胞间层l应压木：一般情况与正常材相似，但其木质素浓度较正常材高。应压木：一般情况与正常材相似，但其木质素浓度较正常材高。应压木中细胞角处的胞间层无木质素

7、存在。应压木中细胞角处的胞间层无木质素存在。（2）阔叶材中木质素的分布）阔叶材中木质素的分布l阔叶材木质素由愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷两种结构单元构阔叶材木质素由愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷两种结构单元构成。不同形态区域的木质素中这两种结构单元的比例也不相同。成。不同形态区域的木质素中这两种结构单元的比例也不相同。3.1 木质素概述木材木材形态区域形态区域组织容积（组织容积（%）总木质素（总木质素（%）木质素浓度（木质素浓度（g/g）黑云杉黑云杉花旗松花旗松黑云杉黑云杉花旗松花旗松黑云杉黑云杉花旗松花旗松早材早材管胞次生壁管胞次生壁877472580.230.25管胞胞间层管胞胞间层910161

8、80.50.56管胞胞间层的细胞角管胞胞间层的细胞角隅隅4412110.850.83木射线薄璧细胞次生木射线薄璧细胞次生壁壁-8-10-0.40木射线管胞次生壁木射线管胞次生壁-4-8-0.28晚材晚材管胞次生壁管胞次生壁949082780.220.23管胞胞间层管胞胞间层4410100.600.60管胞胞间层的细胞角管胞胞间层的细胞角隅隅22861.000.90木射线薄璧细胞次生木射线薄璧细胞次生壁壁-3-4-木射线管胞次生壁木射线管胞次生壁-1-2-黑云杉和花旗松中木质素的分布黑云杉和花旗松中木质素的分布3.1 木质素概述形态区域形态区域愈疮木基：紫丁香基愈疮木基：紫丁香基溴化及扫描电镜与

9、能量溴化及扫描电镜与能量分析仪分析仪(SEM-EDXA)紫外显微镜紫外显微镜(UV)木纤维次生壁木纤维次生壁S212:88紫丁香基紫丁香基导管次生壁导管次生壁S388:12愈疮木基愈疮木基薄璧细胞次生壁薄璧细胞次生壁S49:51紫丁香基紫丁香基胞间层胞间层ML91:950:50胞间层胞间层ML80:20愈疮木基愈疮木基胞间层胞间层ML100:050:50胞间层胞间层ML88:1250:50愈疮木基和紫丁香基在白桦中的分布愈疮木基和紫丁香基在白桦中的分布3.1 木质素概述（4）木质素的分离 不溶性木质素不溶性木质素：将木质素以外的成分溶解，把木质素作为分离：将木质素以外的成分溶解，把木质素作为分

10、离的残渣保留下来。的残渣保留下来。 例如，用例如，用65-72%的硫酸或的硫酸或42%的盐酸处理脱脂植物原料，使高的盐酸处理脱脂植物原料，使高聚糖溶解，并以稀酸补充水解，保留下来的残渣即为酸木质素。聚糖溶解，并以稀酸补充水解，保留下来的残渣即为酸木质素。 可溶性木质素可溶性木质素：直接溶解木质素而分离。包括采用无机试剂、：直接溶解木质素而分离。包括采用无机试剂、酸性有机试剂及中性溶剂分离木质素。酸性有机试剂及中性溶剂分离木质素。l无机试剂无机试剂：亚硫酸钙、镁、钠或铵的酸性亚硫酸盐溶液，可将：亚硫酸钙、镁、钠或铵的酸性亚硫酸盐溶液，可将木质素磺化，变为水溶性的木质素磺酸盐而溶出；或者使用碱木质