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不同溶剂对水不溶性秸秆液化油组成成分的萃取率

更新时间:2009-03-28

随着科学技术的发展和世界人口的增长,环境污染和能源溃乏问题日趋严重,开发环保型新能源已成为世界发展乃至人类生存的必要前提。生物质能源又称绿色能源,是人类最早利用的能源。当前,生物质能源的主要形式有4种:沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇[1]。我国是农业大国,生物质资源丰富,但其利用方式依然落后,造成极大的浪费。全国每年有20%的秸秆被弃田间并直接焚烧,产生的烟尘对环境污染较大。生物质的发热量为标准煤的1/2,但是体积能量密度低不利于大规模使用。目前,通过对生物质的热解液化已可以解决该问题。生物质热解产物含许多化合物,其不仅是目前不能用人工合成手段获得的重要产物,而且是具有高附加值的化学品。人类目前对生物质资源的研究还较少[2],尚未发现其潜在价值,即使应用也仅在燃料利用方面;对其分离提取方面的研究更少。鉴于此,笔者利用石油醚、二硫化碳、四氯化碳、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯及甲醇等溶剂对水不溶性秸秆液化油进行连续萃取,并对萃取物进行GC/MS分析,旨在探明秸秆液化油的组分并为其进一步合理开发利用奠定基础。

降脂效果的评定标准[5]:(1)显效。TC与TG降低20%以上,HDL-C增加0.26 mmol/L以上。(2)有效。TC与TG降低10%以上,HDL-C增加0.18 mmol/L以上。(3)无效。未达到上述指标者。(4)总有效=显效+有效。

显然点A是线段CD的中点,所以即易知OB是⊙A的切线,由切割线定理得显然,x1=OC,x2=OD,所以

1 材料与方法

1.1 供试材料

秸秆液化油由陕西农垦朝邑农场提供。Trace 1300 ISQ 型GC/MS 由赛默飞世尔科技公司公司生产。石油醚、二硫化碳、四氯化碳、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯及甲醇等均为市售分析纯试剂。

1.2 试验方法

1.2.1 水不溶性秸秆液化油的分离 将秸秆液化油和去离子水以1∶2的比例混合,搅拌2 min,放入超声波发生器震荡15 min,然后用大容量离心机以转速4 000 r/min离心15 min。分离上清液即为水溶性秸秆液化油,沉淀转移到烧杯中放入真空干燥箱(温度40℃,真空度-0.1 MPa)干燥无水分后即得到水不溶性秸秆液化油,把固体沉淀用研钵研磨并过200目筛子备用。

1.2.2 水不溶性秸秆液化油的分级萃取 1) 取2.045 0 g水不溶性秸秆液化油溶于50 mL石油醚中,放入超声波发生器震荡15 min后,用布氏漏斗分液过滤,重复上述操作至滤液接近无色时,停止该溶剂萃取,收集滤液保存待用;将滤饼用下一级极性较大溶剂萃取,依次分别用二硫化碳、四氯化碳、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯及甲醇等极性从小到大的溶剂重复上述步骤萃取,最后得到8种滤液。将这些滤液用旋转蒸发仪蒸出溶剂后转入干燥洁净瓶子中对其称重,计算各溶剂的萃取率。密封保存这些小瓶子待用。

为实现我国化肥使用零增长的目标,恢复土壤原生态结构,尤其是在长期施用化肥地中使用接种剂可使土壤结构向恢复的方向发展。而接种剂作用效果除了与菌株的来源、特性、有效活菌数和载体性质有关,还与土壤养分、水分、温度、湿度和pH等有关,此外接种剂施用方式、施用量和使用季节也决定接种剂的使用效果。

2.2.6 乙醚萃取物 乙醚萃取分离化合物5种,其中,醇类化合物3种,分别为乙二醇、甲醇和丁基苯甲醇;酯类化合物2种,分别为硫酸二甲酯和磷酸三甲酯,二者在前面萃取物中均未出现,表明,其均为大极性化合物,其GC/MS分析出峰位置在前20 min,且峰数量较少。

2 结果与分析

2.1 不同溶剂对秸秆液化油组成成分的萃取率

从图中可见,不同极性溶剂对水不溶性秸秆液化油组分的萃取率存在显著差异,其萃取率为甲醇>氯仿>二硫化碳>乙酸乙酯>苯>乙醚>四氯化碳>石油醚。其中,甲醇的萃取率最大,为23.8%;石油醚的萃取率最小,仅1.06%;四氯化碳和乙醚的萃取率相当,分别为3.28%和3.63%;二硫化碳、氯仿、乙酸乙酯及苯的萃取率分别为18.36%、19.01%、15.67%和9.98%。表明,秸秆液化油原油中化合物的极性分布较为广泛,相对而言,极性大的偏多,二硫化碳、氯仿、乙酸乙酯和甲醇的萃取率远大于其他溶剂。

  

图示 不同溶剂对水不溶性秸秆液化油组成成分的萃取率

Fig. Extraction rate of different solvents from insoluble wheat straw liquefied oil

2.2 水不溶性秸秆液化油不同溶剂萃取物的组成成分

2.2.5 氯仿萃取物 氯仿萃取分离化合物12种,其中,酸类化合物4种,分别为2,3-二羟基-异丙巴比士酸、4-羟基-3-甲氧基苯甲酸、2-甲氧基-4-乙烯基苯酸和3-甲基-4-羟基苯乙烯酸;酯类化合物2种,分别为1,2-苯二羧酸丁基辛酯和3-甲氧基对羟基苯甲酸甲酯;以及十七碳烷、DL-树胶醛糖、羟胺、2,6-二甲氧基苯酚、R-柠烯及4-羟基-3-甲氧基苯乙酮。氯仿萃取到一些酸,这也是秸秆液化油pH为酸性的原因。

将合成的降粘型型聚羧酸减水剂PC-A和市售普通减水剂PC-1和进口知名品牌减水剂PC-2进行C60混凝土应用性能对比实验,结果见表2。

2.2.2 二硫化碳萃取物 二硫化碳萃取分离化合物18种,分别有醇、烷烃、酮、醛、酸、酚及酯等化合物。其中,酮类化合物5种,分别为2-甲基-2-环戊烯-1-酮、3-甲基-2-羟基-2-环戊烯-1-酮、3-甲氧基对羟基苯乙酮、2,3-二氢-1H-茚酮和2,3-二甲基-2-环戊烯-1-酮;酸类化合物4种,分别为3-甲基-2-氧基石炭酸、2-甲氧基-4-乙基石炭酸、2-甲氧基-4-丙基石炭酸和1-羟基-2,6,6-三甲基色氨酸;酚类化合物3种,分别为2-甲氧基苯酚、苯酚和2-甲氧基-4-丙烯基苯酚;酯类化合物2种,分别为木溜油的鞣酸酯和2,5-十八酰基酸甲酯;以及乙二醇、1-乙醛-2氧-3-环戊烯、磷酸基甲酰胺和4-羟基-3,5-二甲氧基苯甲醛等。

2.2.3 四氯化碳萃取物 四氯化碳萃取分离化合物13种,其中,酯类化合物3种,分别为硫酸二甲酯、3-甲氧基对羟基苯甲酸甲酯和4-羟基-3-甲氧基苯丙烯酸甲酯;烷烃类化合物2种,分别为1,1,2,2-四氯乙烷和四氯乙烷;酚类化合物2种,分别为苯酚和4-甲基邻苯二酚;还有2-乙基己酸、过甲酸三甲基甲硅烷衍生物、乙二醇、羟胺、二环(2,2,1)庚烷-2-1,7,7-三甲基醋酸盐和3-乙基-2-羟基-2-环戊烯-1-酮等化合物。GC/MS分析出峰位置集中在10~20 min,根据程序升温判断,该化合物沸点集中在100~200℃。

2.2.8 甲醇萃取物 甲醇萃取分离化合物5种,分别为乙二醇、2-氨乙基氢硫氨酸盐、六甲基环三硅醚、硫酸二甲酯和磷酸三甲酯。乙二醇在每种萃取物中均有出现,硫酸二甲酯和磷酸三甲酯仅出现在乙醚、乙酸乙酯和甲醇萃取物。GC/MS分析出峰位置在前10 min,表明,甲醇萃取化合物均属于低沸点化合物,其在水不溶秸秆液化油中含量很高,占主要成分。

2.2.1 石油醚萃取物 石油醚萃取分离出主要化合物9种,其中,酚类化合物4种,分别为4-甲基-2-甲氧基苯酚、4-乙基苯酚、3,4,5-三甲基氨基甲酸甲酯苯酚和2,2-亚甲基二〔6-(1,1-二甲基乙醚)〕-4-甲基苯酚;胺类化合物2种,分别为磷酸基甲酰胺和1-苯基-环丙胺;以及乙二醇、1,1-双十二烷基十六烷和邻苯二甲酸二异辛酯等。GC/MS分析出峰位置大多集中在前20 min,根据程序升温判断,该9种化合物属于低沸点化合物;由于其易溶于石油醚,所以均为小极性化合物。

无磷处理区枣树新梢和根系生长减弱,枝条细弱分枝少,叶片少而薄,老叶古铜色,叶脉出现淡绿色斑,幼叶暗绿色,叶柄、叶梢呈紫色或紫红色。老叶出现半月形坏死,枝条茎部叶片干落,顶端保留一簇簇叶片。枝条下部芽不充实,春天不萌发,展叶开花延迟,花芽少,果实着色面小,色泽差。磷主要以磷酸二氢根形式,依靠扩散移动到根表,然后被吸收,对磷的同化是在根细胞内进行的。对缺磷的树,应多施颗粒磷肥或与堆肥、厩肥混施,或于展叶后叶面喷施。枣树对磷的需要量远较氮少,比钾也少。本试验是磷肥作基肥一次性施入。

1.2.3 萃取物的GC/MS分析 将萃取物以甲醇(色谱纯)稀释,进行GC/MS 分析。每次进样量1 μL。工作条件:气相色谱柱为HP-5MS(15.00 m×0.25 mm,0.25 μm) ,载气为氦气,流速为0.5 mL/min;分流比为20∶1;进样口温度为250℃;EI源,离子化电压为70 eV,离子源温度为230℃;质量扫描为30~500 amu。采用NIST化合物标准质谱数据库对所检测的化合物的质谱图进行计算机检索比对,根据谱图的相似度或置信度确定化合物的结构,而对难以比对确定的化合物则根据气相色谱的保留时间、主要离子峰、特征离子峰或分子离子峰等信息与文献资料进行对比、解析[3]

试验结果表明,不同溶剂对水不溶性秸秆液化油组成成分的萃取率为甲醇>氯仿>二硫化碳>乙酸乙酯>苯>乙醚>四氯化碳>石油醚。其中,甲醇的萃取率最大,为23.8%;石油醚的萃取率最小,仅1.06%。水不溶秸秆液化油酚类和酯类化合物占有很大比例,各溶剂萃取物都含有多种组分,如:烷烃、烯烃、胺、醇、酮、羧酸和盐等化合物。其中,二硫化碳萃取分离的物质种类最多,达18种;甲醇和乙醚萃取分离的物质虽少,但也各有5种,其组成均是极性较大的酯类和醇类化合物。大多溶剂都萃取分离出酸类化合物,这也是导致秸秆液化油呈酸性的原因;有的溶剂萃取分离出糖类物质,可见秸秆液化油组成之复杂。可见,秸秆液化油中酯类和酚类化合物种类最多,糖类最少,烷烃类含量也相对较少,还有少量酸类和盐类物质。同时也表明,秸秆液化油含氧元素比重较大,因此,其热值较低。

2.2.4 苯萃取物 苯萃取分离化合物15种,其中,酯类化合物7种,分别为氨基甲酸苯酯、2,5-十八碳二稀酸甲酯、邻苯二甲酸癸酯异丁酯、1,2-邻苯二甲酸丁基辛基酯、酞酸二丁酯、对羟基苯乙烯酸甲酯和邻苯二甲酸二正辛酯;酚类化合物4种,分别为2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、3-甲氧基-1,2-苯酚、4-甲基苯酚和苯酚;以及乙二醇、3-甲基-1,2-环戊酮、DL-树胶醛糖和(亚磺酰基)甲基丁苯。该溶剂萃取出大量酯类化合物,其他组分占有量很少,表明,可以用苯对秸秆液化油中酯类物质进行提取分离。GC/MS分析出峰位置较分散,在50 min内不集中,表明,15种化合物沸点分布较广。由于该15种化合物易溶于苯,所以均属于中极性化合物。

3 结论与讨论

2.2.7 乙酸乙酯萃取物 乙酸乙酯萃取分离化合物13种,包括:酯类化合物4种,分别为氨基甲酸苯基酯、硫酸二甲酯、磷酸三甲酯、乙酸羟基乙酯;糖类化合物2种,1,2,3,4-二氧苯亚甲基核糖和α-D-半乳糖醛酸辛糖;醇类化合物2种,分别为乙二醇和甲醇;以及羟胺、2,3-二羟基丙醛、六甲基三硅醚、2-乙基己酸和环戊硅氧烷。GC/MS分析前5 min的峰面积较大,5 min后峰比较低,这些峰对应的化合物含量较低。出峰时间都在前20 min,说明这些都是低沸点化合物。

这可以理解为一种觉醒。青春是真正不在了,但是谁都曾经拥有过,青春又有什么了不起呢,那不过是追求潮流。如今退回自己的世界,打造一个专属于自己的生活的堡垒,似乎满满看到一个新的自我出现的曙光。这个“新我”,因为辛苦才能得到,也就注定更加真实。

由于秸秆液化油的组成比重与化石资源的差异决定其在某些方面可能不如化石资源,但是其化合物种类繁多,且有众多有价值化合物,因此,今后可致力于对其进行富集及提取方面的研究,以达到人们的开发利用的目的。

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[1] 王广莉,汤 瑜,曹建新.贵州生物质能源的发展与利用[J].贵州工业大学学报(社会科学版),2007(5):35-37.

[2] 赵 炜.农作物秸秆在亚/超临界醇中的液化[D].徐州:中国矿业大学,2009.

[3] 唐仕荣.玉米秆粉末在超临界甲醇中的解聚及其产物的高速逆流色谱分离与分析[D].徐州:中国矿业大学,2009.

 
宋瑞娟,张强
《贵州农业科学》 2018年第04期
《贵州农业科学》2018年第04期文献

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