活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附降低木质素混合物气味

　　综合利用木质素等天然高分子材料，可以加速矿物油类商品的替代。然而，高质量应用的一个限制因素是工业木质素产生的混合物的气味非常难闻。所以需要使用其他工艺去除，在本研究中，两种木质素混合物的气味降低是通过在过程应用中加入5%的活性炭和0.7%的剥离剂来实现的。由此产生的气味优化混合物具有潜在的更广泛应用领域和更高的接受度。

　　气味等级是怎么分析的

　　对于气相色谱分析，用50mL二氯甲烷萃取2g的每种木质素混合物30分钟。过滤、通过溶剂辅助风味蒸发进行分离，随后通过微量蒸馏进行浓缩。接下来，将获得的馏出物逐步稀释。这种技术是气味提取物稀释分析，用于测定在气相色谱分析过程中可检测为气味活性化合物的单一气味剂的相对气味效力。两种木质纤维素混合物的感官特性在不同的环节中进行了分析，从而尽可能准确地暴露出未经处理的混合物和气味减少的混合物之间的气味差异。作为第一个参数，处理过的混合物的总气味(0-10级)与未处理的混合物(定义为最大10级)直接比较来确定。其次，单一气味特征是按会话定义的，随后进行评分(图1)。

　　图1：(a)木质素混合物1和(b)混合物2的气味特征，(c)用活性炭或汽提剂处理的两种木质素混合物的整体气味的等级。

　　使用过的添加剂的气味减少效力

　　用活性炭处理的两种混合物的整体气味都显着降低。在这里，木质素混合物1活性炭的影响尤其强烈达到了48%，而混合物2活性炭的影响为22%。较低的硫磺味和焦味归因于硫化合物的减少，表现为最多三个等级的降低。在存在活性炭的情况下，30%的硫化合物甚至不再可察觉。硫化合物的显着减少的主要原因是活性炭的吸附，因为被吸附的这些物质占气味剂的主要部分，而木质素混合物2中只有很少的硫化合物。所以味道去除效率低些，活性炭被证明在减少含硫气味方面是有效的。活性炭减少气味活性化合物的潜力不仅限于硫化合物。此外，醛的味道也可以减少，例如在主要有效化合物(E)-2-壬烯醛和(E,Z)-2,6-壬二烯醛的情况下。呋喃化合物平均降低了两个气味稀释步骤。

　　酚醛气味剂的OD因子降低了两到三个步骤的相同趋势，但是，仅在混合物1存在活性炭的情况下。在混合物2活性炭中，检测到大多数酚类物质的气味稀释因子与未处理木质素混合物1中的相同。一种可能的解释是活性炭的吸附能力强烈依赖于许多因素，即颗粒大小、孔隙率、表面微观结构和有机材料。此外，吸附、物理吸附和化学吸附这两种方式都受吸附分子特性的影响，对于不同的化合物类别，吸附分子的特性可能会有所不同。例如，证实与简单的孔隙率效应相比，酚类作为弱有机电解质的吸附要复杂得多。例如，活性炭的氧化预处理可以增加酚类化合物的吸附，而酸性氧表面复合物会降低酚类的化学吸附。因此，苯酚还原的不同效力可能分别是由两种木质素的不同性质引起的。特别是酸含量、pH值或氧气可用性可能会影响活性炭的吸附能力。

　　剥离剂与活性炭相比，所应用的含有聚合物表面活性物质的加工添加剂对气味去除的影响更为不均匀。详细地说，在混合物剥离剂的情况下，整体气味和单一气味特征都没有显着降低。在分子水平上对气味剂的分析表明，大多数酚、醛、呋喃要么没有减少，要么只减少了可以忽略不计。在数量上占主导地位的硫化合物的情况下也观察到了同样的情况。然而，对于混合物2，气味剂通常减少一个或在少数情况下最多两个气味稀释步骤，即醛、2-环戊烯-1-酮、呋喃和酚类化合物。尤其是苏打水混合物特有的(E,Z)-2,6-壬二烯醛，其气味稀释因子降很多。大多数气味类别的减少反映了26%的整体气味显着降低。此外，由于发现剥离剂的还原潜力对于单一气味类别是相似的，因此没有检测到气味特征的单一质量的变化。

　　图2：(a)在未处理和处理过的两种木质素混合物中检测到的含硫气味剂气味稀释因子的彩色差异和(b1-b5)硫气味剂的结构式根据其化学结构分为亚组数字(2-44)是指气味的连续顺序。

　　活性炭吸附降低木质素混合物气味，中性和无害的气味定义了天然聚合物的一项关键质量标准。木质素中的气味负荷尤其高，这阻碍了同样气味的木质素混合物的高质量应用。正如本研究所证实的，在热和剪切力强烈的挤压过程中的高熔体温度导致新形成了各种特别有气味的硫化合物。因此，所产生的烧焦和硫磺气味感觉是分析的木质素混合物的特征。在气味减少方面，在挤出过程中使用活性炭作为添加剂，这对两种木质素共混物产生了显着的积极影响。在48%的情况下，气味的减少特别有效，这归因于可感知的硫化合物从31种大幅减少至18种。关于苯酚的减少，与混合物2相比，混合物1的效果更高，这与木质素的不同材料特性有关。总之，气味控制在混合物生产过程中被证明是必不可少的，并且在通过添加活性炭的木质素混合物的情况下尤其有效。本研究中获得的知识为进一步优化木质素混合物的气味奠定了基础，特别是对于更高质量的应用，并且从长远来看，相对于其他木质材料系统具有很高的转移潜力。

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