木質(zhì)基衍生材料的研究進(jìn)展

作者簡(jiǎn)介：王森，博士，教授，碩士生導(dǎo)師；主要從事水污染處理技術(shù)、環(huán)境功能材料、固廢資源化等方面的研究。

關(guān)鍵詞：木質(zhì)素；活性炭；功能材料；復(fù)合材料中圖分類號(hào)：TS79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2025.07.002

Abstract：Blackliquor’smaincomponentfrompulpingislignin，hichisichincarbonelementsandfunctioalgroupssuchaspenlichy droxylgroupandaloolhdroxylgroups，utalsoanbedopdintoothermateralstoimproveitsperformanendhasagficantprospct foresoureutliseouactestsdactiesoflerodced，eachf ligninadisaispepaadaoofclatelsredildgpobd tialdevelopentitiosoflgatealsemeddspddtidsoeld high-value application of lignin-based derived materials.

Key words：lignin；activated carbon； functional materials；composite material

中國(guó)造紙協(xié)會(huì)調(diào)查資料顯示，2023年全國(guó)紙及紙板的生產(chǎn)量及消費(fèi)量如圖1所示。由圖1可知，全國(guó)生產(chǎn)企業(yè)約2500家，紙及紙板生產(chǎn)量12965萬t，較2022年增長(zhǎng) 4.35% 。消費(fèi)量13165萬t，較2022年增長(zhǎng) 6.14% ，人均年消費(fèi)量為 93.37kg （14.10億人）。2014—2023年，紙及紙板生產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率 2.40% ，消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率 3.02%^[1]

造紙的主要原料來源于植物，由約 50% 的纖維素、 30% 的木質(zhì)素、 20% 的半纖維素組成。制漿過程中產(chǎn)生的黑液（圖2）含有木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、殘堿及其他溶出物，不僅對(duì)環(huán)境造成污染，而且極難治理[4]

1堿木質(zhì)素的提取及處理方法

堿木質(zhì)素的提取方法主要有超濾法、絮凝沉淀法、酸析法。劉全校等5利用超濾法和酸析沉淀法提取木質(zhì)素，并探究其規(guī)律及特性。結(jié)果表明，提取方法不同，得到木質(zhì)素的特性也就不同，相較于超濾法，酸析沉淀法提取木質(zhì)素效率更高，且酸沉淀終點(diǎn)pH值越低，木質(zhì)素的提取率越高，如表1所示。

圖1 2014—2023年紙及紙板生產(chǎn)和消費(fèi)情況[1]

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于黑液資源化處理的方法主要有傳統(tǒng)堿回收法、電滲析法、木質(zhì)素回收技術(shù)、水熱碳化法、水煤漿技術(shù)[]、超臨界水氣化法、黑液氣化法。通常情況下，將黑液直接焚燒，用于生產(chǎn)能源并回收無機(jī)物[13]，這種處理方式不僅浪費(fèi)了大量的資源，而且還可能造成環(huán)境的二次污染。黑液中含有大量的木質(zhì)素、纖維素、色素、糖類等，具有極高的資源回收價(jià)值[4。堿木質(zhì)素中含有較豐富的固定碳，是制備碳材料（如吸附劑、電極等材料）的理想前驅(qū)體，此外木質(zhì)素還可摻雜于其他材料制備復(fù)合材料，不僅能提高材料的性能，還可節(jié)約成本。因此，開辟木質(zhì)素在功能化材料制備方面的新途徑具有良好的應(yīng)用前景。

表1超濾和酸沉淀提取木質(zhì)素的特性5

Table1 Characteristics of lignin extraction byultrafiltration and acid precipitation[5]

2衍生碳材料

由于木質(zhì)素含碳量高且灰分低，是制備活性炭的優(yōu)質(zhì)原料。木質(zhì)素經(jīng)物理、化學(xué)等方法活化后再進(jìn)行碳化制備木質(zhì)素基活性炭，其具有孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在吸附、導(dǎo)電等領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異[15]

2.1 吸附劑

2.1.1 吸附 CO₂

現(xiàn)如今全球工業(yè)迅速發(fā)展，溫室氣體大量排放，對(duì)全球氣候、生態(tài)系統(tǒng)、物種造成災(zāi)難性的影響[]。物理吸附法因其原料來源豐富、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便、吸附效率高及可循環(huán)利用等特點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用[]。

Zhao等8以堿木質(zhì)素為原料，通過活化法和模板法制備多孔炭材料，結(jié)果表明，經(jīng)KOH活化制備的碳材料（C-BLL-KOH）在 0°C 1 100kPa 條件下對(duì) CO₂ 吸附量可達(dá) 5.20mmol/g ，且穩(wěn)定性和可回收性優(yōu)異，其吸附 CO₂ 機(jī)理如圖3所示。

相較于其他原料制成的活性炭，堿木質(zhì)素中含有豐富的含氧官能團(tuán)且制備成本較低、穩(wěn)定性較高，其吸附 CO₂ 效果明顯，但復(fù)雜的制備過程是制約其廣泛應(yīng)用的主要因素。

2.1.2 吸附染料

未經(jīng)處理的合成染料釋放到水環(huán)境中，可通過水、土壤到達(dá)供人類食用的食物中，從而造成嚴(yán)重的生態(tài)毒理學(xué)風(fēng)險(xiǎn)和人類健康風(fēng)險(xiǎn)[19]。木質(zhì)素吸附染料法與其他方法相比具有成本低、易于操作、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用[20]。

圖2造紙工藝流程圖[3]

Fig.2Flow chart of papermaking process[3]

圖3C-BLL-KOH吸附 CO₂ 機(jī)理[18]

Borsalani等2以黑液為原料采用氧化鈣沉淀法提取木質(zhì)素磺酸鹽（LS）再用水熱法分別制備了磁性木質(zhì)素磺酸鹽（MLS）[22]和磺酸鹽/碳（MLS/C）[23]，并將其用于吸附剛果紅（CR）和甲基橙（MO）染料。結(jié)果表明，MLS/C的吸附性能較好，對(duì)CR和MO的吸附效率分別為 97.09% 、 72.08% 。經(jīng)過5次循環(huán)利用后，吸附劑性能達(dá)到初始性能的 81% 以上。此外，研究對(duì)比了不同原材料制備的活性炭對(duì)CR染料的吸附效果（表2）。染料去除率的降低可能是由于染料分子的不完全解吸、解吸方法或洗脫導(dǎo)致吸附位點(diǎn)失活[28]。

Hamad等以黑液為原料采用沉淀、水洗、干燥、研磨等方法制備功能化木質(zhì)素基吸附劑（FLA），用其吸附活性綠-19（RG-19）染料，最大吸附量為29.58mg/g ，吸附機(jī)理如圖4所示。由圖4可知，F(xiàn)LA對(duì)RG-19染料表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能，這主要是由于陽離子型RG-19與含氧官能團(tuán)之間存在強(qiáng)烈的靜電相互作用[30]

開發(fā)低成本可再生木質(zhì)素基吸附劑去除污水中的有毒染料一直是研究的熱點(diǎn)，但仍具有挑戰(zhàn)性，而木質(zhì)素中富含酚羥基等官能團(tuán)，這使得木質(zhì)素基吸附劑具有更強(qiáng)的陰離子染料去除能力。

2. 1. 3 吸附金屬離子

隨著制革、電鍍、采礦、有機(jī)合成等工業(yè)的蓬勃發(fā)展，生產(chǎn)廢水中重金屬的種類越來越多，濃度越來越高。重金屬具有致癌、致畸、致突變性，以及持久性和生物累積性[32]，通過富集作用被人體攝人，會(huì)嚴(yán)重危害人類身心健康[33。重金屬去除方法很多，其中吸附法是最常用的方法之一。

表2不同活性炭吸附CR的效率

Table2AdsorptionefficiencyofdifferentactivatedcarbonsforCR

圖4RG-19染料在FLA上吸附過程中不同類型的相互作用[29]

Fig.4Different types of interactions during the adsorption of RG-19 dye on FLA[29]

Zhao等34以堿木質(zhì)素為原料通過 K₂CO₃ 活化法，分別在800、 900^°C 條件下制備了具有高比表面積和大孔容的活性炭 CBLS₈₀₀ 和 CBLS₉₀₀ ，并用其吸附 Cr（VI） 吸附機(jī)理如圖5所示。由圖5可以發(fā)現(xiàn)， Cr（VI） 通過靜電吸引吸附在質(zhì)子化活性炭表面，進(jìn)一步形成活性炭 .Cr（VI） 配合物，并通過活性炭表面鄰近電子基的還原，將 Cr（VI） 部分還原為 Cr（III） 0

Wang等5采用水熱法將堿木質(zhì)素制備成磁性木質(zhì)素基氫炭（MLHC），用于吸附廢水中的TI，探究了去除廢水中TI的作用機(jī)制，分別包括表面沉淀（31.3%） 、絡(luò)合反應(yīng)（ 20.6% 、物理吸附（ 18.2% ）、化學(xué)還原（ 15.0% ）、離子交換（ 14.9% ），如圖6所示。MLHC對(duì)TI的吸附量達(dá)到 278.9mg/g ，具有較好的吸附效果。

圖5 CBLS₈₀₀ 和 CPL₉₀₀ 可能的Cr（VI）去除機(jī)制[34]

目前，已報(bào)道的少數(shù)木質(zhì)素基陰離子吸附劑仍存在初始濃度低、達(dá)到平衡所需時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。雖然木質(zhì)素本身較容易獲得，但改性方法較復(fù)雜，阻礙了木質(zhì)素基吸附劑的工業(yè)化。改性木質(zhì)素對(duì)一些新興污染物（如放射性污染物、微塑料等）的吸附效果仍有待研究。

2.2 電極材料

由于木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)中存在芳香環(huán)，因此制備的富含木質(zhì)素的活性炭具有更高的碳含量和比表面積。碳基材料中生物質(zhì)活性炭成本低，性能優(yōu)異，不僅可以制成超級(jí)電容器電極材料，也可制成碳凝膠應(yīng)用于超級(jí)電容器電極。但用于凝膠合成的羥基苯前體價(jià)格昂貴且依賴于油鏈，因此，其他天然前體（如單寧和木質(zhì)素）因具有高可用性、可再生、巨大的工業(yè)潛力和低成本等優(yōu)勢(shì)，而受到極大關(guān)注[38]。

Palanisamy等研究并開發(fā)了以堿木質(zhì)素為原料生產(chǎn)活性炭的工藝，所得活性炭在 1mol/LH₂SO₄ 電解液中，在電流密度為 1A/g 時(shí)的比電容僅為 17.4F/g Tong等40分別以堿木質(zhì)素、工業(yè)木質(zhì)素與酸分離法提取的木質(zhì)素為原料，通過KOH活化制備了活性炭，分別記為AC-1、AC-2、AC-3。結(jié)果表明，AC-1的電化學(xué)性能較好。此外，即使在5000次充放電循環(huán)后，AC-1也表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，性能機(jī)制如圖7所示。

圖6吸附機(jī)理說明及定量計(jì)算[35]

Fig.6Description of adsorption mechanism and quantitative calculation[35]

Castro等4利用堿木質(zhì)素為原料，通過 H₃PO₄ 活化制備了活性炭干凝膠，并應(yīng)用于超級(jí)電容器，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。結(jié)果表明，在合成過程中堿木質(zhì)素取代了27% 的間苯二酚，引入木質(zhì)素并不影響活性炭干凝膠的儲(chǔ)存容量，因此木質(zhì)素可以在合成過程中部分替代間苯二酚，此外磷元素的增加提高了電極的潤(rùn)濕性。

利用堿木質(zhì)素為原料制備電極材料，取得了可觀的研究進(jìn)展，但實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的應(yīng)用還需要更深入的研究，尋找更優(yōu)越的制備方法。隨著鈦酸鋰電池在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，活性炭應(yīng)用于超級(jí)電容器電極的優(yōu)勢(shì)逐漸減弱，因此需要在活性炭基礎(chǔ)上深人探索其他方法，以此來改善其性能。

3衍生復(fù)合材料

木質(zhì)素可以通過芳香環(huán)修飾、羥基修飾、甲氧基修飾和接枝共聚等途徑設(shè)計(jì)成多種類型的復(fù)合材料，如分散劑、絮凝劑、水凝膠、環(huán)氧樹脂、聚氨酯泡沫等。不僅節(jié)約資源，還可以提高復(fù)合材料的性能，具有很大的應(yīng)用前景。

3.1 分散劑

分散劑廣泛用于穩(wěn)定化妝品、涂料、藥品、漿料、水泥、陶瓷等行業(yè)中懸浮的膠體顆粒，使其分布均勻，具有較好的穩(wěn)定性和流動(dòng)性。目前，許多合成聚合物已被用作分散劑，如萘磺酸鹽、聚羧酸鹽等。然而，分散劑自身的毒性和不可生物降解性限制了其工業(yè)應(yīng)用[42]。

Matsushita等43]以堿木質(zhì)素為原料制備愈創(chuàng)木酰硫酸木質(zhì)素（SAL），并對(duì)SAL進(jìn)行酚化，得到P-SAL。然后以石膏為研究對(duì)象，采用3種不同的方法合成了高水溶性、高分子質(zhì)量的LS，所得LS對(duì)石膏的分散性均比市售LS高 30%～70% 。結(jié)果表明，LS的分散性隨硫含量的增加而增加。

此外，Zhou等44利用堿法制漿黑液中麥草堿木質(zhì)素（WAL）為原料，通過硫甲基化法制備了磺化麥草堿木質(zhì)素（SWAL），并用辣根過氧化物酶（HRP）修飾SWAL，得到HSWAL，制備流程如圖9所示。經(jīng)HRP改性后，酚類的分子質(zhì)量、磺酸和羧基含量分別提高了 47% 、 55% 和 75% ，在 TiO₂ 漿料中具有較好的吸附性能和分散性能。

圖8超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)示意圖[41]

Fig.8Schematic diagram of supercapacitor structure[41]

在未來的研究中，人們應(yīng)該更加關(guān)注一些新的改性策略，如陽離子生物改性?？紤]到生物改性的效率高、反應(yīng)條件溫和，可以發(fā)現(xiàn)更多可用于木質(zhì)素改性的酶種，并與現(xiàn)有的改性方法相結(jié)合。此外，用其他具有更多功能的離子取代木質(zhì)素基陽離子或陰離子，其性能可能會(huì)更好。

3.2 絮凝劑

絮凝是水處理領(lǐng)域中最為重要的技術(shù)之一，由于其具有操作簡(jiǎn)便、去除效率高、成本較低等優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用45]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，絮凝劑的種類也日益增多4。然而，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，含有對(duì)環(huán)境有害化學(xué)物質(zhì)的廢水顯著增加[4。傳統(tǒng)的絮凝劑已無法滿足使用要求，天然生物聚合物絮凝劑倍受關(guān)注。其中，木質(zhì)素基絮凝劑因其成本低、來源豐富、無毒、可生物降解、絮凝性能好等優(yōu)勢(shì)而具有巨大的市場(chǎng)潛力[48]

Lou等4利用微波輔助法將殼聚糖和堿木質(zhì)素混合制備成絮凝劑，其中還引入了不同組分的官能團(tuán)，結(jié)果表明，殼聚糖-丙烯酰胺-木質(zhì)素三元共聚物對(duì)活性橙（C-3R）和MO的最大去除率分別為 99.3% 和67.0% 。

Guo等5以堿木質(zhì)素為原料制備了絮凝效果增強(qiáng)的環(huán)保型木質(zhì)素基絮凝劑（LBF）。結(jié)果表明，LBF對(duì)染料的去除率受 pH 值的影響較小，其作用機(jī)理是通過電荷中和與橋接作用耦合，形成了更大、耐藥性更強(qiáng)的絮凝體，如圖10所示。

改性木質(zhì)素在絮凝劑中發(fā)揮著重要作用，其良好的應(yīng)用潛力和研究?jī)r(jià)值使其在眾多絮凝劑中脫穎而出。改性木質(zhì)素既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，是一種優(yōu)良的絮凝劑前驅(qū)體。然而，絮凝研究仍存在許多空白和不足，需要探索更高效、更簡(jiǎn)單的改性方法，擴(kuò)大其絮凝適用性是未來的重要研究方向。

3.3水凝膠

水凝膠是一類由天然或合成的親水性高分子鏈通過化學(xué)或物理交聯(lián)形成的一種三維網(wǎng)絡(luò)聚合物[51。在水中能吸收并保持大量水分，發(fā)生溶脹而不溶解，在環(huán)境工程、生物醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用2。瓊脂糖基水凝膠由于其低成本、可生物降解性和高度可控的彈性被廣泛研究與應(yīng)用[53]

Sathawong等54用硫酸鹽木質(zhì)素和瓊脂糖為原料采用環(huán)氧氯丙烷（ECH）化學(xué)交聯(lián)法制備水凝膠，在堿性條件下瓊脂糖與木質(zhì)素發(fā)生交聯(lián)作用，如圖11所示。結(jié)果表明，添加 5% 的瓊脂糖， 3% 的木質(zhì)素，水凝膠的物理性能有所提升。

Liu等[5用氧化還原自由基誘導(dǎo)聚合法制備黑液基水凝膠（BLH），并將其用于模擬種植實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，BLH對(duì)植物生長(zhǎng)有明顯的積極作用，土壤中添加BLH可以顯著提高土壤的吸水性和保水能力，同時(shí)BLH可作為緩釋肥料為植物提供營(yíng)養(yǎng)，BLH制備及作用機(jī)理如圖12所示。

木質(zhì)素因其具有較高的可再生性、生物相容性、生物降解性以及大量的活性基團(tuán)等優(yōu)勢(shì)，而被研究應(yīng)用。但木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與基體的相容性較差，使得木質(zhì)素基水凝膠的制備更加復(fù)雜，根據(jù)木質(zhì)素的特點(diǎn)，未來研究可側(cè)重于材料制備、木質(zhì)素的特異性改性、修飾木質(zhì)素表面親水基團(tuán)以及大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等方面。

圖9HSWAL制備流程圖[44]

Fig.9Flow chart of HSWAL preparation[44

圖10LBF吸附、架橋、沉降作用機(jī)理圖[50]Fig.10Mechanism diagram ofLBF adsorption，bridging，and deposition[50]

圖11以ECH為交聯(lián)劑的木質(zhì)素-瓊脂糖水凝膠途徑相互作用示意圖[54]

Fig.11Schematic diagram of lignin-agarose hydrogel pathway interactions with ECHas a crosslinker[54]

3.4環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的成形加工性能、優(yōu)異抗腐蝕性以及耐老化性，廣泛應(yīng)用于航空航天、風(fēng)力發(fā)電、交通工具、建筑等領(lǐng)域[52。雙酚A型環(huán)氧樹脂（DGEBA）來源廣泛、成本低，在環(huán)氧樹脂中應(yīng)用最為廣泛。但相關(guān)研究表明，DGEBA的主要原材料雙酚A具有一定的生物危害性，會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生不利影響，木質(zhì)素和雙酚A在結(jié)構(gòu)上相似，且具有更多的酚羥基，這使得木質(zhì)素可以代替雙酚A合成環(huán)氧樹脂[57]

Huang等[以E-44環(huán)氧樹脂為基底、堿木質(zhì)素（RL）為原料，采用接枝法制備了復(fù)合環(huán)氧樹脂（RLEP），然后以酚胺為固化劑制備了木質(zhì)素基環(huán)氧樹脂膜（RLEPF），制備方法及其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖13所示。結(jié)果表明，木質(zhì)素的添加導(dǎo)致RLEPF的斷裂伸長(zhǎng)率提高，具有優(yōu)異的韌性，當(dāng)木質(zhì)素的添加量為25% 時(shí)，RLEPF-25的斷裂伸長(zhǎng)率是純環(huán)氧樹脂薄膜的12.9倍，機(jī)械性能顯著提高。

圖12BLH制備及作用機(jī)理圖[54]

圖13RLEP和RLEPF的制備方案及化學(xué)結(jié)構(gòu)[58]

Fig.13Preparation scheme and chemical structure of RLEP and RLEPF[58]

Zhu等以不同pH值的造紙黑液為原料制備了原位木質(zhì)素，將其加入環(huán)氧樹脂中替代雙酚A，并探究了在不同反應(yīng)條件下對(duì)環(huán)氧樹脂黏度的影響。結(jié)果表明，木質(zhì)素含量和反應(yīng)溫度對(duì)環(huán)氧樹脂的黏度有較大影響，木質(zhì)素可提高環(huán)氧樹脂的熱穩(wěn)定性。此外，固化后的木質(zhì)素黏度最高，可達(dá) 396MPa?s_? 0

木質(zhì)素雖然具有替代雙酚A的潛力，但替代比例相對(duì)較低，且制備工藝復(fù)雜，流動(dòng)性和分散性差。因此，開發(fā)制備簡(jiǎn)便、理化性能優(yōu)良的生物基環(huán)氧樹脂將是未來的研究重點(diǎn)。

3.5 聚氨酯泡沫

聚氨酯泡沫（PUF）是一種高分子合成塑料，可用于多種用途，如家具、運(yùn)輸、冷藏、建筑、絕熱等領(lǐng)域。然而，使用傳統(tǒng)的PUF是不可持續(xù)的，因?yàn)镻UF的前體聚酯多元醇主要由不可再生的汽油化學(xué)路線生產(chǎn)。木質(zhì)素可在PUF中替代多種類型的生物多元醇。木質(zhì)素富含活性多酚和羥基，且制備成本較低、結(jié)構(gòu)豐富，被視為理想的生物基多元醇6。更重要的是，用木質(zhì)素制備的PUF不僅具有熱穩(wěn)定性高、可降解和物理性能優(yōu)越等優(yōu)勢(shì)，而且木質(zhì)素碎片結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，顯示出更高的材料強(qiáng)度[2]。

W_u 等以堿木質(zhì)素納米顆粒溶液（LNP）和聚氨酯乳液（PU）為原料，采用澆鑄、蒸發(fā)等方法制備了復(fù)合膜，制備流程如圖14所示。結(jié)果表明，LNP的加入使其具有疏水性、抗紫外線和水熱穩(wěn)定性等多種功能。

此外，Quan等利用堿木質(zhì)素直接替代 20% 的石油基多元醇制備柔性聚氨酯泡沫（圖15），探究了在不同條件下（反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、含水率、pH值和酸種類）對(duì)木質(zhì)素的回收率及性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)黑液（含水量 25% ）與甲醇和乙酸在pH值 ：=7 和 160^°C 下反應(yīng) 10min 時(shí)，回收率最高，達(dá)到 75% 。此外，木質(zhì)素基軟質(zhì)PU泡沫的物理和機(jī)械性能與回收木質(zhì)素的分子質(zhì)量有關(guān)。

圖14PU-LNP復(fù)合膜的制備示意圖[63]Fig.14Schematic diagram of the preparation of PU-LNP composite membranes[63]

圖15制備柔性泡沫的流程示意圖[64]

Fig.15Schematic diagram of the process for preparing flexible foam[64

Yang等采用一步發(fā)泡法制備了堿木質(zhì)素基硬質(zhì)聚氨酯泡沫（LRPUF），與傳統(tǒng)的硬質(zhì)聚氨酯泡沫相比，LRPUF的焦炭殘?jiān)|(zhì)量由 14.3% 提高至 31.9% ，LRPUF燃燒后，其表面形成致密的炭渣層，炭渣表面含有大量的倍半碳酸鈉，減緩了LRPUF與空氣之間的傳熱傳質(zhì)，阻燃機(jī)理如圖16所示。

木質(zhì)素在PUF領(lǐng)域既帶來了機(jī)遇，也帶來了挑戰(zhàn)。上述研究表明木質(zhì)素是羥基的來源，能夠取代聚氨酯在合成中的傳統(tǒng)多元醇。由于木質(zhì)素只能替代約 20% 的多元醇，而且取代的步驟較復(fù)雜，因此需要開發(fā)高效經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，才能使其具有實(shí)用價(jià)值。

圖16LRPUF阻燃機(jī)理圖[65]

Fig.16Flame retardant mechanism diagram of LRPUFF[65]

4結(jié)語和展望

本文介紹了黑液中堿木質(zhì)素的提取方法、性質(zhì)及特征，著重介紹了堿木質(zhì)素資源化利用的研究進(jìn)展。目前，利用堿木質(zhì)素制備活性炭的研究較多，但都局限在吸附劑的應(yīng)用中，尤其是對(duì)陽離子的吸附，堿木質(zhì)素中富含硫、磷等元素，可根據(jù)該特點(diǎn)展開研究。堿木質(zhì)素用于制備分散劑，其中利用生物改性的方法過于單一，導(dǎo)致木質(zhì)素的利用率降低，在未來研究中可考慮與其他改性方法結(jié)合。而作為超級(jí)電容器電極，其性能還未達(dá)到理想效果，與現(xiàn)有的一些超級(jí)電容器電極存在一定的差距。堿木質(zhì)素作為絮凝劑，目前只對(duì)染料廢水進(jìn)行研究，可適用的范圍較窄，未來可針對(duì)制藥、食品、化妝品、金屬加工等行業(yè)廢水進(jìn)行研究。堿木質(zhì)素?fù)诫s在水凝膠、環(huán)氧樹脂、聚氨酯泡沫等材料中，雖然提高了材料的性能，但其合成、改性方法過于復(fù)雜，導(dǎo)致無法將其工業(yè)化。盡管木質(zhì)素在很多領(lǐng)域中的研究已經(jīng)取得了較大的成就，但對(duì)于木質(zhì)素在工業(yè)中的應(yīng)用有待更深人研究。

（1）當(dāng)前堿木質(zhì)素基活性炭多用于吸附金屬陽離子或有機(jī)染料，且取得了較好的效果，但對(duì)于吸附陰離子的研究還尚未涉及。因此，可深入研究其對(duì)硫化物、硝酸鹽、磷酸鹽等陰離子吸附效果及機(jī)理。

（2）木質(zhì)素基絮凝劑比傳統(tǒng)的化學(xué)絮凝劑更生態(tài)友好，但目前研究對(duì)象主要在染料廢水的個(gè)別污染物方面，對(duì)其他廢水及污染物方面的研究較少，可以嘗試拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。

（3）堿木質(zhì)素基生物炭也有作為催化劑的潛力，其具有吸附和催化的雙重作用，今后可用于催化過硫酸鹽/過碳酸鹽等去除水中有機(jī)污染物，尤其可針對(duì)新興污染物的去除方面進(jìn)行更深層次的研究。

（4）堿木質(zhì)素基生物炭也可用作堆肥添加劑，改善堆體理化性狀，改變微生物活性和群落，從而促進(jìn)有機(jī)質(zhì)降解和腐殖化過程，今后可以把提高堆肥的品質(zhì)和安全性以及經(jīng)濟(jì)性作為主要研究方向。

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（責(zé)任編輯：呂子露）