活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭吸附降低木質(zhì)素混合物氣味

　　綜合利用木質(zhì)素等天然高分子材料，可以加速礦物油類商品的替代。然而，高質(zhì)量應(yīng)用的一個限制因素是工業(yè)木質(zhì)素產(chǎn)生的混合物的氣味非常難聞。所以需要使用其他工藝去除，在本研究中，兩種木質(zhì)素混合物的氣味降低是通過在過程應(yīng)用中加入5%的活性炭和0.7%的剝離劑來實(shí)現(xiàn)的。由此產(chǎn)生的氣味優(yōu)化混合物具有潛在的更廣泛應(yīng)用領(lǐng)域和更高的接受度。

　　氣味等級是怎么分析的

　　對于氣相色譜分析，用50mL二氯甲烷萃取2g的每種木質(zhì)素混合物30分鐘。過濾、通過溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)進(jìn)行分離，隨后通過微量蒸餾進(jìn)行濃縮。接下來，將獲得的餾出物逐步稀釋。這種技術(shù)是氣味提取物稀釋分析，用于測定在氣相色譜分析過程中可檢測為氣味活性化合物的單一氣味劑的相對氣味效力。兩種木質(zhì)纖維素混合物的感官特性在不同的環(huán)節(jié)中進(jìn)行了分析，從而盡可能準(zhǔn)確地暴露出未經(jīng)處理的混合物和氣味減少的混合物之間的氣味差異。作為第一個參數(shù)，處理過的混合物的總氣味(0-10級)與未處理的混合物(定義為最大10級)直接比較來確定。其次，單一氣味特征是按會話定義的，隨后進(jìn)行評分(圖1)。

　　圖1：(a)木質(zhì)素混合物1和(b)混合物2的氣味特征，(c)用活性炭或汽提劑處理的兩種木質(zhì)素混合物的整體氣味的等級。

　　使用過的添加劑的氣味減少效力

　　用活性炭處理的兩種混合物的整體氣味都顯著降低。在這里，木質(zhì)素混合物1活性炭的影響尤其強(qiáng)烈達(dá)到了48%，而混合物2活性炭的影響為22%。較低的硫磺味和焦味歸因于硫化合物的減少，表現(xiàn)為最多三個等級的降低。在存在活性炭的情況下，30%的硫化合物甚至不再可察覺。硫化合物的顯著減少的主要原因是活性炭的吸附，因?yàn)楸晃�附的這些物質(zhì)占?xì)馕秳┑闹饕�部分，而木質(zhì)素混合物2中只有很少的硫化合物。所以味道去除效率低些，活性炭被證明在減少含硫氣味方面是有效的。活性炭減少氣味活性化合物的潛力不僅限于硫化合物。此外，醛的味道也可以減少，例如在主要有效化合物(E)-2-壬烯醛和(E,Z)-2,6-壬二烯醛的情況下。呋喃化合物平均降低了兩個氣味稀釋步驟。

　　酚醛氣味劑的OD因子降低了兩到三個步驟的相同趨勢，但是，僅在混合物1存在活性炭的情況下。在混合物2活性炭中，檢測到大多數(shù)酚類物質(zhì)的氣味稀釋因子與未處理木質(zhì)素混合物1中的相同。一種可能的解釋是活性炭的吸附能力強(qiáng)烈依賴于許多因素，即顆粒大小、孔隙率、表面微觀結(jié)構(gòu)和有機(jī)材料。此外，吸附、物理吸附和化學(xué)吸附這兩種方式都受吸附分子特性的影響，對于不同的化合物類別，吸附分子的特性可能會有所不同。例如，證實(shí)與簡單的孔隙率效應(yīng)相比，酚類作為弱有機(jī)電解質(zhì)的吸附要復(fù)雜得多。例如，活性炭的氧化預(yù)處理可以增加酚類化合物的吸附，而酸性氧表面復(fù)合物會降低酚類的化學(xué)吸附。因此，苯酚還原的不同效力可能分別是由兩種木質(zhì)素的不同性質(zhì)引起的。特別是酸含量、pH值或氧氣可用性可能會影響活性炭的吸附能力。

　　剝離劑與活性炭相比，所應(yīng)用的含有聚合物表面活性物質(zhì)的加工添加劑對氣味去除的影響更為不均勻。詳細(xì)地說，在混合物剝離劑的情況下，整體氣味和單一氣味特征都沒有顯著降低。在分子水平上對氣味劑的分析表明，大多數(shù)酚、醛、呋喃要么沒有減少，要么只減少了可以忽略不計。在數(shù)量上占主導(dǎo)地位的硫化合物的情況下也觀察到了同樣的情況。然而，對于混合物2，氣味劑通常減少一個或在少數(shù)情況下最多兩個氣味稀釋步驟，即醛、2-環(huán)戊烯-1-酮、呋喃和酚類化合物。尤其是蘇打水混合物特有的(E,Z)-2,6-壬二烯醛，其氣味稀釋因子降很多。大多數(shù)氣味類別的減少反映了26%的整體氣味顯著降低。此外，由于發(fā)現(xiàn)剝離劑的還原潛力對于單一氣味類別是相似的，因此沒有檢測到氣味特征的單一質(zhì)量的變化。

　　圖2：(a)在未處理和處理過的兩種木質(zhì)素混合物中檢測到的含硫氣味劑氣味稀釋因子的彩色差異和(b1-b5)硫氣味劑的結(jié)構(gòu)式根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)分為亞組數(shù)字(2-44)是指氣味的連續(xù)順序。

　　活性炭吸附降低木質(zhì)素混合物氣味，中性和無害的氣味定義了天然聚合物的一項(xiàng)關(guān)鍵質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。木質(zhì)素中的氣味負(fù)荷尤其高，這阻礙了同樣氣味的木質(zhì)素混合物的高質(zhì)量應(yīng)用。正如本研究所證實(shí)的，在熱和剪切力強(qiáng)烈的擠壓過程中的高熔體溫度導(dǎo)致新形成了各種特別有氣味的硫化合物。因此，所產(chǎn)生的燒焦和硫磺氣味感覺是分析的木質(zhì)素混合物的特征。在氣味減少方面，在擠出過程中使用活性炭作為添加劑，這對兩種木質(zhì)素共混物產(chǎn)生了顯著的積極影響。在48%的情況下，氣味的減少特別有效，這歸因于可感知的硫化合物從31種大幅減少至18種。關(guān)于苯酚的減少，與混合物2相比，混合物1的效果更高，這與木質(zhì)素的不同材料特性有關(guān)。總之，氣味控制在混合物生產(chǎn)過程中被證明是必不可少的，并且在通過添加活性炭的木質(zhì)素混合物的情況下尤其有效。本研究中獲得的知識為進(jìn)一步優(yōu)化木質(zhì)素混合物的氣味奠定了基礎(chǔ)，特別是對于更高質(zhì)量的應(yīng)用，并且從長遠(yuǎn)來看，相對于其他木質(zhì)材料系統(tǒng)具有很高的轉(zhuǎn)移潛力。

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