全 文 ：第 １３卷第 ２期
２０１５年 ３月
生　 物　 加　 工　 过　 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ􀆰 １３ Ｎｏ􀆰 ２
Ｍａｒ􀆰 ２０１５
ｄｏｉ：１０􀆰 ３９６９ ／ ｊ􀆰 ｉｓｓｎ􀆰 １６７２－３６７８􀆰 ２０１５􀆰 ０２􀆰 ０１２
收稿日期：２０１４－０３－１９
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３ 计划）（２０１４ＡＡ０２１９０２）；安徽省科技攻关重大专项（１３０１０３２１４４）
作者简介：张　 波（１９８８—），男，江西高安人，硕士研究生，研究方向：生物反应工程技术；姚日生（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙａｏｒｓ＠ １６３．ｃｏｍ
ＳＯ３联合 ＮＨ３预处理稻草秸秆制备微晶纤维素
张　 波１，姚日生２，方　 强１，徐　 菲２，王　 淮２
（１􀆰 合肥工业大学 化学工程学院，安徽 合肥 ２３０００９；２􀆰 合肥工业大学 医学工程学院，安徽 合肥 ２３０００９）
摘　 要：以稻草秸秆为原料考察 ＳＯ３、ＮＨ３、ＳＯ３ ／ ＮＨ３和 ＮＨ３ ／ ＳＯ３联合稀碱 ４ 种预处理方法制备稻草微晶纤维素
（ＭＣＣ）的可能性，并且选择出最优的制备方法，即 ＳＯ３联合 ＮＨ３预处理法制备稻草微晶纤维素。 同时，利用 Ｘ线衍
射仪（ＸＲＤ）和扫描电子显微电镜（ＳＥＭ）等分析稻草 ＭＣＣ的结构。 结果表明：预处理后的稻草秸秆中大部分木质
素和半纤维素得到去除，制备得到的稻草微晶纤维素结晶度达到 ８７􀆰 ５％，并且所得的 ＭＣＣ产品仍然具有完整的纤
维素链的结构和晶型。
关键词：稻草秸秆；微晶纤维素；结晶度；微热爆
中图分类号：Ｑ８１９　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１６７２－３６７８（２０１５）０２－００６０－０５
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｂｙ ｐｒｅｔｒｅａｔｉｎｇ ｏｆ
ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｗｉｔｈ ＳＯ３ ａｎｄ ＮＨ３
ＺＨＡＮＧ Ｂｏ１，ＹＡＯ Ｒｉｓｈｅｎｇ２，ＦＡＮＧ Ｑｉａｎｇ１，ＸＵ Ｆｅｉ２，ＷＡＮＧ Ｈｕａｉ２
（１􀆰 Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；
２􀆰 Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ （ ＭＣＣ） ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｃｏｎｓｕｍｅｓ ｈｕｇｅ
ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ａｎｄ ｗｏｏｄｓ，ｗｅ ｔｒｉｅｄ ｔｏ ｆｉｎｄ ａｎ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ
ｃｈｅａｐ ａｎｄ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ． Ｗｅ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｗｉｔｈ ＳＯ３，ＮＨ３，ＳＯ３ ／ ＮＨ３ ａｎｄ ＮＨ３ ／ ＳＯ３ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｔｏ
ｐｒｏｄｕｃｅ ＭＣＣ ｆｒｏｍ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＳＯ３ ａｎｄ ＮＨ３ ｃｏｕｌｄ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ
ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ Ｘ⁃ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ） ａｎｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ ＳＥＭ）
ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｇｎｉｎ ａｎｄ ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｗｅｒｅ ｒｅｍｏｖｅｄ． Ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ
ｒｅａｃｈｅｄ ｔｏ ８７􀆰 ５％，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｔｉｌｌ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｃｈａｉｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ；ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ；ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ；ｍｉｃｒｏ⁃ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ
　 　 微晶纤维素（ＭＣＣ） ［１］是天然的植物纤维素经
稀酸水解和多种后处理而制得的具有极限聚合度
的产物。 它不溶于水和稀酸，在稀碱溶液中部分溶
解、润胀，在羧甲基化、乙酰化、酯化过程中具有较
高的反应性能。 由于微晶纤维素这些特殊的性质，
使其在医药、食品、化工等领域获得了广泛的应用，
成为一种新兴的纤维素功能材料。
目前，制备微晶纤维素的原料绝大部分来源于
棉花纤维和木材纤维。 自 Ｂａｔｔｉｓｔａ等［２］在 １９５７年用
稀 Ｈ２ＳＯ４ 对棉浆直接水解制备出微晶纤维素，后来
Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖ等［３］发现利用杉木通过催化氧化一步法
制备微晶纤维素，其中催化氧化体系由 Ｈ２ Ｏ２
ＣＨ３ＣＯＯＨ Ｈ２ ＳＯ４组成，所制备得到的微晶纤维素
结晶度为 ７４􀆰 ３％，纤维素得率为 ３２􀆰 ３％；Ｘｕ 等［４］以
棉纤维为原料采用两步法制备微晶纤维素，首先利
用 ＮａＯＨ Ｈ２Ｏ２混合体系在 １２０ ℃条件下处理 ９０
ｍｉｎ，制备的微晶纤维素残余灰分为 ０􀆰 ２１％ ～
０􀆰 ２７％。 棉花纤维素和木材纤维素结构较为简单，
木质素含量较低，因此利用它们作为原料制备的
ＭＣＣ质量较好。 但原料价格较昂贵，且原料的来源
有限，在一定程度上限制了其应用。
我国稻草秸秆资源极为丰富，但有效利用率极
低［５］。 稻草秸秆中含有约 ３５％的纤维素，理论上可
以有效替代棉花和木材作为生产 ＭＣＣ 的原材料。
但稻草结构复杂，其三大组分纤维素、半纤维素和
木质素之间交联紧密，并且木质素含量较高 （约
２０％），很大程度上限制了稻草秸秆在微晶纤维素生
产领域的应用。 因此，要想利用稻草秸秆制备出质
量合格的 ＭＣＣ，必须采用有效的预处理方法打破三
者之间的复杂连接。
近年来，在稻草秸秆预处理方面已经涌现出很多
的新方法，如 Ｅｌ⁃Ｓａｋｈａｗｙ 等［６］以稻草秸秆为原料，首
先利用 ＮａＯＨ 于 １５０ ℃下碱处理 ２ ｈ，然后再用 ２
ｍｏｌ ／ Ｌ的 ＨＣｌ酸解，制备得到的纤维素中残余的木质
素含量为 １􀆰 ３％；阴艳华等［７］采用微波协助稀酸水解
法制备稻草微晶纤维素，微晶纤维素产率约 ８７􀆰 ０％。
这些方法制备得到的微晶纤维素虽然纤维素纯度、聚
合度都能达到要求，但是制备过程中采用的方法都包
括高温、高压等极端条件，造成纤维素的损失率较大，
同时对设备的要求高，增加了生产成本。
姚日生等［８－９］发明了 ＳＯ３微热爆技术（中国专
利 ＺＬ２００９１０１１６６１５Ｘ）预处理稻草秸秆，证明了 ＳＯ３
能够有效地打破木质素与纤维素和半纤维素之间
的连接，促进了木质素的剥离。 但是 ＳＯ３处理对稻
草中纤维素的损伤较大，利用该方法提取稻草秸秆
中纤维素，纤维素的含量只有 ８４􀆰 ８％，无法达到微
晶纤维素纯度的要求。 因此本研究中，笔者在 ＳＯ３
微热爆技术上引入 ＮＨ３常压预处理方法［１０］处理稻
草秸秆，并且分别考察 ＳＯ３、ＮＨ３、ＳＯ３ ／ ＮＨ３或 ＮＨ３ ／
ＳＯ３联合稀碱 ４种预处理方法制备稻草微晶纤维素
的可能性，以期从中选择一种最优的制备方法。
１　 材料与方法
１􀆰 １　 材料与试剂
稻草（采自合肥市郊区，剪切成 ３～５ ｃｍ长）。 发
烟 Ｈ２ＳＯ４（１０５％，国药集团化学试剂有限公司）；氨水
（２８％）、 浓 Ｈ２ＳＯ４、ＮａＯＨ、Ｈ２Ｏ２ 等均为市售分析纯。
１􀆰 ２　 实验仪器
ＪＳＭ ６４９０ＬＶ 型扫描电子显微镜，日本电子株
式会社；Ｄ ／ ＭＡＸ２５００Ｖ 型 Ｘ 线衍射仪，日本理学公
司；Ｎｉｃｏｌｅｔ ６７００傅里叶红外光谱仪，赛默飞世尔科
技公司；ＦＬＢ ３５０ 型高速粉碎机，德尔特混合设备
有限公司。
１􀆰 ３　 实验方法
１） ＳＯ３处理法　 取 １０ ｇ稻草秸秆（２～３ ｃｍ长、
水分质量分数 ５％ ～１０％），通入由固液质量比为 １ ∶
４的 １０５％发烟 Ｈ２ＳＯ４ 加热释放的气体 ＳＯ３，于 ７０ ℃
的条件下微热爆 ９０ ｍｉｎ。 将处理好的稻草秸秆经碱
洗、酸解和漂白，最后烘干制粉制得稻草纤维素。
用纤维素的含量、得率以及其半纤维素和木质素的
残余量来表征制备的微晶纤维素性质。
２） ＮＨ３处理法　 取 １０ ｇ稻草秸秆（２～３ ｃｍ长、
水分 ５％～ １０％），置于固液质量比为 １ ∶ １０ 的 ２８％
（质量分数）的氨水上方，于 ６０ ℃的条件下熏蒸 １２０
ｍｉｎ。 将处理好的稻草秸秆经碱洗、酸解和漂白，最
后烘干制粉制得稻草纤维素。
３） ＮＨ３ ／ ＳＯ３处理法 　 取 １０ ｇ 稻草秸秆（２ ～ ３
ｃｍ长、水分 ５％～１０％），先用固液质量比为 １ ∶ １０ 的
２８％的氨水于 ６０ ℃的条件下熏蒸 １２０ ｍｉｎ，然后再
通入由固液质量比为 １ ∶ ４的 １０５％发烟 Ｈ２ＳＯ４ 加热
释放的气体 ＳＯ３，于 ７０ ℃的条件下微热爆 ９０ ｍｉｎ。
将处理好的稻草秸秆经碱洗、酸解和漂白，最后烘
干制粉制得稻草纤维素。
４） ＳＯ３ ／ ＮＨ３处理法 　 取 １０ ｇ 稻草秸秆（２ ～ ３
ｃｍ长、水分 ５％～１０％），先通入由固液质量比为１ ∶ ４
的 １０５％发烟 Ｈ２ＳＯ４ 加热释放的气体 ＳＯ３，于 ７０ ℃
的条件下微热爆 ９０ ｍｉｎ，然后再用固液质量比为
１ ∶ １０的 ２８％的氨水于 ６０ ℃的条件下熏蒸 １２０ ｍｉｎ。
将处理好的稻草秸秆经碱洗、酸解和漂白，最后烘
干制粉制得稻草纤维素。
１􀆰 ４　 微晶纤维素性质的检测与分析
１􀆰 ４􀆰 １　 微晶纤维素纯度的测定
按照中国药典 ２０１０版二部标准［１１］测定微晶纤
维素的纯度。
１􀆰 ４􀆰 ２　 微晶纤维素聚合度的测定［１２］
采用 ＧＢ ／ Ｔ １５４８—２００４纸浆黏度的测定中的方
法测定稻草微晶纤维素和棉纤维的聚合度，将配制
好并经过标定合格的铜乙二胺溶液溶解样品，采用
１６　 第 ２期 张　 波等：ＳＯ３联合 ＮＨ３预处理稻草秸秆制备微晶纤维素
乌氏黏度计测定黏度。 按马丁公式计算平均聚合
度，计算见式（１）。
ＤＰ ０􀆰 ９０５ ＝ ０􀆰 ７５η （１）
式中：ＤＰ 为聚合度；η为测定的黏度值。
１􀆰 ４􀆰 ３　 红外光谱分析
待测样品分别为原稻草秸秆纤维、稻草微晶纤
维素和棉纤维，用 ＫＢｒ 压片法进行检测，测量范围
为 ５００～４ ０００ ｃｍ－ １。
１􀆰 ４􀆰 ４　 结晶度计算
通过 Ｘ线衍射法测定稻草微晶纤维素和棉纤
维的结晶度，利用 ＭＤＩ Ｊａｄｅ ５􀆰 ０ 软件进行分析计
算，得出相应样品的结晶度 Ｘｃ，计算见式（２）。
Ｘｃ ＝
Ｉ０􀆰 ０２ － Ｉａｍ
Ｉ０􀆰 ０２
（２）
式中：Ｉ０􀆰 ０２为（００２）晶面衍射强度；Ｉａｍ为无定形区衍
射强度。
１􀆰 ４􀆰 ５　 扫描电子显微镜观察
采用扫描电子显微镜对制备的稻草微晶纤维
素和棉纤维进行形貌观察。
１􀆰 ４􀆰 ６　 纤维素、半纤维素和木质素的测定以及纤维
素得率的计算方法
本研究中纤维素、半纤维素和木质素的测定按
照美国国家能源局 ＮＲＥＬ 法［１３］进行。 纤维素得率
按照式（３）进行计算。
纤维素得率 ＝
ｍ１
ｍ２
× １００％ （３）
式中：ｍ１为制备得到的稻草纤维素的干质量（ｇ）；ｍ２
为原稻草秸秆的干质量（ｇ）。
２　 结果与讨论
２􀆰 １　 不同处理方法对纤维素含量和得率的影响
通常气体的扩散速度和均匀性均高于液体
的［１４］，因此，ＳＯ３或 ＮＨ３在秸秆中的扩散深度和均匀
度是 ＮａＯＨ溶液难以达到的。 表 １ 分别表示 ＳＯ３微
热爆联合稀碱法（Ａ）、ＮＨ３熏蒸联合稀碱法（Ｂ）以及
两者交替组合联合稀碱法（Ｃ、Ｄ） ４ 种预处理方法
所得纤维素的纯度和得率。
由表 １可知：方法 Ａ 与 Ｂ 相比，后者的纤维素
和半纤维素的含量以及得率均高于前者，而木质素
含量则相反。 就方法 Ａ 来说，主要原因可能是 ＳＯ３
微热爆过程产生的 Ｈ２ＳＯ４ 或硫酸单酯催化纤维素
以及半纤维素水解糖化导致纤维素损失较大。 虽
然氨等碱性物质能够催化木质素与半纤维素和纤
维素间的酯键键断裂，但却不能催化纤维素以及半
纤维素水解糖化，这也许是方法 Ｂ 的结果优于 Ａ的
主要原因。 方法 Ｃ 与 Ｄ 相比，可以说明氨熏和 ＳＯ３
微热爆处理的先后预处理的效果影响较大。 就方
法 Ｃ 来说，主要原因可能是 ＳＯ３连续逐步进入秸秆
内部，ＳＯ３只与秸秆内的一部分氨水反应并在原位
放热，而秸秆内另一部分未参与反应的“氨” 因受热
气化迅速扩散并带走部分热量，使得 ＳＯ３微热爆效
应因此减弱。 相对来说，ＳＯ３和 ＮＨ３之间存在着协
同作用，并以先 ＳＯ３后 ＮＨ３联合微热爆处理效果最
佳，其纤维素含量最高，达到了 ９７􀆰 ６％，木质素含量
极低，且产品质量接近药用微晶纤维素的标准［１１］。
表 １　 预处理方法对纤维素得率、纯度及半纤维素
和木质素残余含量的影响
Ｔａｂｌｅ １　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｐｕｒｉｔｙ ｏｆ
ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ， ｒｅｓｉｄｕａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｎｄ
ｌｉｇｎｉｎ ａｆｔｅｒ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ
预处理方法 ｗ（纤维素） ／ ％
ｗ（半纤维
素） ／ ％
ｗ（木质
素） ／ ％
得率 ／
％
Ａ（ＳＯ３ ＮａＯＨ） ８４􀆰 ８ ４􀆰 ６ ５􀆰 ０ ２５􀆰 ３
Ｂ（ＮＨ３ ＮａＯＨ） ８６􀆰 ５ ５􀆰 ４ ４􀆰 ０ ２６􀆰 １
Ｃ（ＮＨ３ ／ ＳＯ３ ＮａＯＨ） ８７􀆰 ３ ４􀆰 ２ ３􀆰 ６ ２５􀆰 ７
Ｄ（ＳＯ３ ／ ＮＨ３ ＮａＯＨ） ９７􀆰 ６ １􀆰 １ ＜０􀆰 ５ ３０􀆰 ５
碱处理法制备纤维素 ８１􀆰 ４ ５􀆰 ３ ６􀆰 ５ ２４􀆰 ８
对照（棉纤维） ９７􀆰 ５ １􀆰 １ １􀆰 ０ —
　 注：碱处理法制备微晶纤维素是指利用 ２％（质量分数） ＮａＯＨ 碱
洗，然后加 １ ｍｏｌ ／ Ｌ Ｈ２ ＳＯ４酸解、Ｈ２Ｏ２漂白稻草秸秆制备出稻
草微晶纤维素；ＮａＯＨ 碱洗条件为固液质量比 １ ∶ １０，温度 ９０
℃，处理时间 ２ ｈ。
综合分析，最优的制备稻草微晶纤维素的方法
为稻草秸秆先经 ＳＯ３微热爆处理，后经 ＮＨ３处理，再
经稀碱、稀酸和漂白等步骤。
２􀆰 ２　 稻草微晶纤维素聚合度的测定结果
利用马丁公式计算稻草微晶纤维素的平均聚
合度为 ２８７，棉纤维的平均聚合度为 ２４６，相比之下
稻草微晶纤维素的聚合度略高，说明 ＳＯ３ ／ ＮＨ３预处
理稻草秸秆制备微晶纤维素的工艺可以很好地保
护纤维素链的结构。
２􀆰 ３　 红外光谱分析
图 １是原秸秆稻草、微晶纤维素和棉纤维（商
品级微晶纤维素）的红外谱图。 由图 １ 可知：原秸
秆包含了纤维素、半纤维素和木质素的所有特征振
动峰，这 ３种主要成分特征峰的叠加使谱带较宽。
由图 １（曲线 ２）可知：经 ＳＯ３ ／ ＮＨ３预处理后的
２６ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １３卷　
图 １　 原稻草、稻草ＭＣＣ和棉纤维的红外图谱
Ｆｉｇ􀆰 １　 ＦＴ⁃ＩＲ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｕｎｔｒｅａｔｅｄ ｓｔｒａｗ， ｓｔｒａｗ
ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｎｄ ａ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ
ｇｒａｄｅ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ
稻草秸秆制备的微晶纤维素的谱图（曲线 ２）可知，
１ ３２０、１ ２０３ ｃｍ－１处分别对应的半纤维素的 Ｃ—Ｃ
和 Ｃ—Ｏ 的伸缩振动峰的强度显著减弱，这表明酸
水解作用除去了绝大部分半纤维素；经 ＳＯ３ ／ ＮＨ３预
处理后木质素的特征峰（１ ７２０、１ ６４０、１ ５０５ 和 ７８０
ｃｍ－１） ［１５］都显著减弱甚至消失了，表明 ＳＯ３ ／ ＮＨ３联
合稀碱预处理能够高效脱除木质素。 而 １ ３７２、１
０６３、８９３、１ ４２４和 １ １５９ ｃｍ－１处为纤维素的特征吸
收峰［１６］，这些特征峰与棉纤维（曲线 ３）的特征峰几
乎完全一致，表明从稻草秸秆中提取得到的纤维素
纯度很高，且纤维素的理化性质仍然相对完整。
图 ３　 原稻草秸秆、稻草ＭＣＣ和棉纤维的 ＳＥＭ照片
Ｆｉｇ􀆰 ３　 ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｕｎｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｔｒａｗ，ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｆｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｂｙ ＳＯ３ ／ ＮＨ３ ａｎｄ ｃｏｔｔｏｎ ｆｉｂｅｒ
２􀆰 ４　 ＸＲＤ分析
图 ２为原稻草、稻草 ＭＣＣ 和棉纤维的 Ｘ 线衍
射图。
由图 ２可知：棉纤维的特征衍射峰有 ２θ＝ １４􀆰 ７°、
１６􀆰 ５°和 ２２􀆰 ６°［１７］，稻草微晶纤维素（曲线 ２）的衍射图
非常相似，其特征峰：２θ＝１４􀆰 ８°、１５􀆰 ６°和 ２２􀆰 ０°。 表明
图 ２　 原稻草（曲线 １）、稻草ＭＣＣ（曲线 ２）
和棉纤维（曲线 ３）的 ＸＲＤ图谱
Ｆｉｇ􀆰 ２　 ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｕｎｔｒｅａｔｅｄ ｓｔｒａｗ （ｃｕｒｖｅ １），
ｓｔｒａｗ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ （ｃｕｒｖｅ ２）
ａｎｄ ａ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｇｒａｄｅ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ （ｃｕｒｖｅ ３）
笔者制备的稻草 ＭＣＣ 晶型与棉纤维同属纤维素 Ｉ。
经计算，原秸秆粉末、稻草微晶纤维素和棉纤维的结
晶度分别为 ４８􀆰 ９％、８７􀆰 ５％ 和 ７６􀆰 ３％。 由于 ＳＯ３ ／
ＮＨ３联合稀碱预处理过程破坏了纤维素的非结晶区
并且剥离了半纤维素和木质素，使稻草微晶纤维素的
结晶度比原秸秆结晶度要高。 秸秆微晶纤维素的结
晶度比棉纤维的结晶度高，较高的结晶度说明纤维素
酸解彻底，大部分的无定型区都被水解。
２􀆰 ５　 ＳＥＭ分析
图 ３ 为原稻草秸秆、稻草微晶纤维素和棉纤维
的 ＳＥＭ谱图。 由图 ３可知，原稻草秸秆表面结构非
常致密，并且表面还存在果胶状物质，而经 ＳＯ３ ／
ＮＨ３联合稀碱处理后制备得到的稻草微晶纤维素则
呈现明显的纤维素链状结构。 与棉纤维不同，棉纤
维呈光滑紧密的短棒状结构，而稻草微晶纤维素表
面还带有很多锯齿形状。
３６　 第 ２期 张　 波等：ＳＯ３联合 ＮＨ３预处理稻草秸秆制备微晶纤维素
３　 结论
以稻草秸秆为原料，分别考察了采用 ＳＯ３、
ＮＨ３、ＮＨ３ ／ ＳＯ３和 ＳＯ３ ／ ＮＨ３联合稀碱预处理方法制
备稻草微晶纤维素的可能性，并从中选择出了最优
的制备方案，即稻草秸秆先经 ＳＯ３微热爆处理后经
ＮＨ３熏蒸处理，再经稀碱、稀酸和漂白等步骤制备
ＭＣＣ。 制备的稻草微晶纤维素纯度为 ９７􀆰 ６％，结晶
度 ８７􀆰 ５％，几乎不含有木质素，仍然具有纤维素的
结构和晶型，质量符合药用微晶纤维素的要求，表
明稻草秸秆是一种很有潜力的用于制备微晶纤维
素的材料。 本研究中笔者制备的稻草微晶纤维素
的表面与棉纤维不同，其带有很多锯齿形状，理论
上这种锯齿状结构会使 ＭＣＣ的比表面积更大，有利
于其在生物降解材料和医用辅料等领域的应用。
参考文献：
［ １ ］　 Ａｒｄｉｚｚｏｎｅ Ｓ， Ｄｉｏｇｕａｒｄｉ Ｆ Ｓ， Ｍｕｓｓｉｎｉ Ｔ， ｅｔ ａｌ． Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｐｏｗｄｅｒｓ： ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｓｕｒｆａｃｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］ ．Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ １９９９，６（１）：５７⁃６９．
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（责任编辑　 荀志金）
４６ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １３卷