改性木質(zhì)素磺酸鹽的研究進(jìn)展

翁彩珠 巨 敏 劉軍海

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中，712003）

改性木質(zhì)素磺酸鹽的研究進(jìn)展

翁彩珠 巨 敏 劉軍海

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中，712003）

綜述了改性木質(zhì)素磺酸鹽的性質(zhì)及其在工業(yè)應(yīng)用方面的研究進(jìn)展，重點(diǎn)分析了各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)，探討了其今后的發(fā)展方向，并展望了其今后的發(fā)展前景。

改性 木質(zhì)素磺酸鹽 綜述

前言

我國(guó)造紙工業(yè)發(fā)達(dá)，而造紙廢水的黑液是環(huán)境主要的污染源，約占整個(gè)造紙工業(yè)污染的90%[1]。加強(qiáng)對(duì)造紙廢液中的某些物質(zhì)綜合利用，不僅可以緩解資源危機(jī)的壓力，還可避免其對(duì)環(huán)境的污染，尤其是制漿造紙的黑液的處理及綜合利用備受關(guān)注。造紙黑液中大量的木質(zhì)素若加以綜合利用，既充分利用了廢棄資源，又減少了對(duì)環(huán)境的污染。如木質(zhì)素磺酸鹽具有減水作用、絮凝、降黏等特點(diǎn)，在工業(yè)上具有廣泛的用途。但是其本身也存在一些問(wèn)題，如引氣過(guò)大，相對(duì)分子量小等，使得效果并不明顯。因此，需對(duì)木質(zhì)素磺酸鹽進(jìn)行改性，彌補(bǔ)其自身的不足，賦予一些新的性能，可進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。本文綜述了改性木質(zhì)素磺酸鹽的研究進(jìn)展，以期為木質(zhì)素的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 改性木質(zhì)素在工業(yè)中的應(yīng)用

1.1 木質(zhì)素磺酸鈉

木質(zhì)素磺酸鈉是木漿與二氯化硫水溶液和亞硫酸鹽反應(yīng)產(chǎn)物，具有C3-C6的疏水骨架、磺酸和其它親水性基團(tuán)結(jié)構(gòu)，因而屬陰離子表面活性劑。木質(zhì)素磺酸鈉有很強(qiáng)的分散性，能吸附在各種固體質(zhì)點(diǎn)的表面上，可進(jìn)行金屬離子交換作用，也因?yàn)槠浣M織結(jié)構(gòu)上存在各種活性基，因而能產(chǎn)生縮合作用或與其他化合物發(fā)生氫鍵作用。但是木質(zhì)素磺酸鈉的作用不明顯，對(duì)木質(zhì)素磺酸鈉進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男?，可有效改善其?yīng)用性能。

木質(zhì)素磺酸鈉是一種常見(jiàn)的減水劑，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性，可以提高減水率，同時(shí)改善木質(zhì)素磺酸鈉在混凝土應(yīng)用過(guò)程中強(qiáng)度偏低的缺點(diǎn)。李榮杰等[2]以玉米芯、玉米芯酸解渣、甘蔗渣或玉米秸稈經(jīng)過(guò)堿煮產(chǎn)生的黑液為原料，經(jīng)過(guò)粗過(guò)濾、超濾膜濃縮、磺化和噴霧干燥，制備出低含水量的木質(zhì)素磺酸鈉減水劑。李高寧等[3]用H2O2和HCHO對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行氧化、磺化改性。產(chǎn)品各項(xiàng)主要指標(biāo)達(dá)到了普通減水劑的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。且其工藝簡(jiǎn)單、操作方便、易于控制、在常壓下就能完成。王哲等[4]研究不同的氧化條件對(duì)木質(zhì)素磺酸鈉影響，結(jié)果表明在酸性和較高的過(guò)氧化氫的條件下，可使改性木質(zhì)素磺酸鈉的減水效果明顯提高。

通過(guò)改性的木質(zhì)素磺酸鈉可廣泛應(yīng)用于木材改性及外墻涂料等方面，乳液成膜均勻、耐水性好，性能優(yōu)異。如徐春麗等[5]利用木質(zhì)素磺酸鈉和聚乙二醇作為表面活性劑取代傳統(tǒng)的乳化劑OP-10和十二烷基硫酸鈉，成功制備了丙烯酸酯乳液。該乳液是木質(zhì)素磺酸鈉與丙烯酸酯單體的接枝共聚產(chǎn)物，基本結(jié)構(gòu)與純丙烯酸乳液結(jié)構(gòu)相似，且穩(wěn)定性好、粒徑分布均勻，平均粒徑為200～600 nm。

此外，木質(zhì)素磺酸鈉改性還可使[5]水煤漿的分散降黏能力顯著提高，優(yōu)于常用的萘系分散劑等。

1.2 木質(zhì)素磺酸鎂

木質(zhì)素磺酸鎂（木鎂）屬陰離子表面活性物質(zhì)，具有引氣減水作用、良好的水溶性、強(qiáng)的黏結(jié)力等性能。木質(zhì)素磺酸鎂可復(fù)合改性，進(jìn)一步深加工成不同用途的產(chǎn)品。木質(zhì)素磺酸鎂的起泡性能和減水分散性能較低，但隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，其減水分散性能增強(qiáng)，對(duì)其進(jìn)行改性可以增強(qiáng)其減水分散性，但是水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間卻延長(zhǎng)了，砂漿抗壓強(qiáng)度也降低了[7]。王宏偉[8]研究發(fā)現(xiàn)，改性木質(zhì)素磺酸鎂的用水量降低了、凝結(jié)時(shí)間比原先的縮短且抗壓強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。楊東杰等[9]采用超濾法將木質(zhì)素磺酸鎂分離成不同分子量的級(jí)份，研究其結(jié)構(gòu)特性和表面物化性能，為其應(yīng)用和改性提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

目前，改性木質(zhì)素磺酸鎂原料多采用鈦白粉，價(jià)格較高，所以改性成本高，造成這方面的應(yīng)用受到一定程度限制，相關(guān)研究也不是很多。但是，其高效性、節(jié)水性等優(yōu)異性能應(yīng)引起我們的重視，加大對(duì)木質(zhì)素磺酸鎂的研究，以降低其生產(chǎn)成本，將是今后的發(fā)展方向之一。

1.3 木質(zhì)素磺酸鈣

木質(zhì)素磺酸鈣（木鈣）是一種多組分高分子聚合物陰離子表面活性劑，具有很強(qiáng)的分散性、黏結(jié)性、螯合性，廣泛用作水泥減水劑、農(nóng)藥懸浮劑、水煤漿分散劑等。

木質(zhì)素磺酸鈣可應(yīng)用于普通的減水劑，但是在較高強(qiáng)度混凝土則是達(dá)不到要求的。由于其本身引氣孔過(guò)大、緩凝，很難成為高效減水劑。通過(guò)對(duì)木質(zhì)素磺酸鈣進(jìn)行改性，增加分子鏈，減水性能得到很大的提高。如賈陸軍等[10]將木質(zhì)素磺酸鈣表面與丙烯酸、馬來(lái)酸酐合成接枝改性木質(zhì)素磺酸鹽減水劑。結(jié)果表明，改性木鈣對(duì)水泥顆粒的分散作用、減水作用能力提高。大大增強(qiáng)了水泥凈漿的抗壓強(qiáng)度，縮短凝結(jié)時(shí)間，降低有害氣孔率。

雷永林等[11]合成了新型改性木質(zhì)素磺酸鈣高效減水劑。結(jié)果表明，新型改性木質(zhì)素磺酸鈣解決了本身的引氣過(guò)大、緩凝的缺點(diǎn)，且對(duì)水泥分散能力和減水效果也增強(qiáng)了。

此外，木質(zhì)素磺酸鈣還可以與其他物質(zhì)反應(yīng)而獲得更多廣泛的應(yīng)用，如制備低毒低游離醛和低成本的環(huán)保型木質(zhì)素磺酸鈣基PF膠[12]。

1.4 其它木質(zhì)素磺酸鹽

隨著研究工作的深入，其他一些木質(zhì)素磺酸鹽的應(yīng)用不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)。如將木質(zhì)素磺酸鹽與丙烯酰胺接枝共聚得到的改性木質(zhì)素磺酸鹽，可用于工業(yè)廢水中鎘、鎳、銅等的絮凝處理，具有較好的絮凝效果，是一種高分子絮凝劑，達(dá)到了“以廢治廢”的經(jīng)濟(jì)效果[13-15]。

此外，木質(zhì)素磺酸鹽還可以作為緩蝕劑，抑制金屬腐蝕；作為活性劑，降低油-水界面張力；作為固沙劑，達(dá)到防沙治沙的目的。

2 展望

改性木質(zhì)素磺酸鹽性能優(yōu)異，應(yīng)用潛力巨大，吸引著越來(lái)越多的研究者介入此方面的工作。面對(duì)當(dāng)今嚴(yán)峻的資源短缺，木質(zhì)素磺酸鹽改性的研究對(duì)我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)和綠色化可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

木質(zhì)素磺酸鹽在用作減水劑這方面目前研究最多的，科研人員的深入研究的同時(shí)，需注重對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)推廣工作，以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)研究方面，還要加大改性工藝的優(yōu)化研究，以降低改性成本，同時(shí)加大應(yīng)用性研究，以拓展其更廣泛的應(yīng)用。造紙黑液中不僅有木質(zhì)素磺酸鹽，還有羥基低分子量有機(jī)酸、樹(shù)脂酸等有用成份，所以在研究改性木質(zhì)素磺酸鹽的過(guò)程中，要注意對(duì)造紙黑液的綜合開(kāi)發(fā)，最大程度的減少其對(duì)環(huán)境的污染。相信隨著研究工作的不斷開(kāi)展，有關(guān)木質(zhì)素磺酸鹽的研究必將取得更多可喜的成果。

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2011－3－28

環(huán)境保護(hù)