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農業廢棄物來生產酒精,其比值更高達 30,具有很高的收產價值。

1.1 纖維素結構與性質介紹

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依據纖維素的結晶結構不同,在同質異晶體的結構上可分為 I、II、

III、IV 等四種,其中 I 又可分作 Iα與 Iβ,Iα主要存在於細菌與藻類,從 X-ray 繞射以及中子繞射的結構鑑定上,Iα其分子間的鏈結具有較完整的 結晶性,每種 chains 在組成上有較多不同的連接法。Iβ纖維素則是存在 較高等的植物中,兩種鏈結排成交替的 sheet 狀,因為較弱的氫鍵使得 sheet 狀的纖維素聚集成有序的堆積,這些內部的聚集決定了糖苷鍵與觸 媒之間的可進入性,以及水裂解的能力大小。雖然纖維素 I 屬於天然的 結構,但它的結晶結構相比於纖維素 II 有著較低的熱力穩定性,纖維素 II 具有非平行的交聯和 intersheet 的氫鍵,來源是將纖維素 I 經過 NaOH 鹼性溶液處理或是藉由溶解掉部分半纖維素衍生物再生而得的物質。其 他種類的纖維素 III 與 IV 在工業上的應用中較少被提及,依據文獻資料

4,纖維素 III 與 IV 主要是從纖維素 II 再做更後續的處理而形成,晶形 上的差異如單位晶格、鏈堆積、氫鍵作用力等。

圖 1.1 纖維素分子內與分子間氫鍵3

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1.2 纖維素基本性質與改質方法

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常用的纖維素性質鑑定技術有三部分,分別為結晶度( Crystallinity index, CrI)、聚合度(Degree of polymerization, DP)、末端還原基團(fraction of reducing ends, Fre)。結晶度 CrI 定纖維素最主要的性質之一,因為纖維

聚合度(DP),可以表示成 number average (DPn)或 weight-average (DPw) 或 by viscosity (DPv)。量測 DP 的方式通常是將纖維素溶解在一液相溶液,

如銅胺氫氧化物、離子液體或是將纖維素與有機溶劑形成一衍生物,然 後再使用儀器來偵測溶液的 DP 值,例如使用光繞射(X 光)可用來偵測沉 降平衡來得到 DPw,黏度計偵測溶液的黏度大小可得到 DPv。而 Fre則代

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表纖維素末端未鍵結部分所形成的還原端(C1 與 C4),文章中提到降低聚 合度 DP 值或提高末端還原基團 Fre值,纖維素反應性隨之提高,因此,

末端還原基團的數量越多,可與觸媒直接接觸進行反應的機率提高,具 有較高反應活性;而降低 DP 值,代表纖維素內部結構較為鬆散,提供更 多活性點與觸媒和溶液接觸,反應性便因而上升。

纖維素前處理改質方法有兩種,一種是物理式如研磨、拋光、蒸氣、

放射,將纖維素做球磨(ball-milling)的處理,可得到降低其結晶度;另外 一種則是化學前處理,包括鹼性、酸性、膨脹、氣體、氧化、有機溶劑 等方法,最常見的方式是將纖維素與一定濃度的 NaOH 攪拌一段時間,

利用鹼性溶掉部分纖維素,形成一種稱作α-cellulose(β-glycosidic bond) 的物質,進而得到不同的反應產物。

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