[发明专利]一种酶解木质素改性减水剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料开发、制备领域，更具体地涉及一种利用酶解木质素为改性原料

制备水泥减水剂的方法。

背景技术

早在1935年，美国就开始使用造纸废液中提取的木质素磺酸盐做混凝土减水剂，后来许多国家也开展了研究并大力推广使用，我国从20世纪70年代开始生产这类产品。木质素磺酸盐类减水剂大都属于普通型，但由于其来源广泛，成本低廉，现在已经成为一类重要的混凝土添加剂。目前，国内木质素磺酸盐减水剂的应用主要有两个领域: 1)单独用作减水剂配制混凝土; 2)用于各种早强剂、早强减水剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂、泵送剂、防水剂等复合外加剂的配制组分。木质素减水剂单独使用时，减水效果并不很理想，木质素磺酸盐减水剂在推荐掺量0.2%～0.3%时, 其在混凝土中的减水率为8%～12%，低于萘系减水剂（≥14%）和聚羧酸系减水剂（≥25%），在工程应用受到一定的限制。但是萘系减水剂和聚羧酸系减水剂都是石油化学、煤化学工业的产物，资源逐步衰竭，而且价格昂贵。因而近年来，不少学者对木质素磺酸盐的改性进行研究，以期提高其减水性能，扩大木质素磺酸盐的应用范围。

酶解木质素是从生物质原料酶解制备生物天然气、功能性多糖或生物乙醇、生物丁醇的残渣中提取出来的，整个提取过程都是在相对温和的条件下进行。天然木质素的很多功能团，如酚羟基、醇羟基和甲氧基等，都得到较好的保留，杂质含量低，分子量分布窄，比传统造纸工业的木质素产品具有更高的应用价值。合理利用酶解木质素，不仅能促进自然资源的有效利用，减少污染，而且能为生物能源工业带来可观的经济利益。

固体催化剂具有高活性、高选择性、低腐蚀、无污染以及容易与反应物分离、可重复利用、热稳定性好等特点，是一种绿色催化剂。

本发明的发明人已经对木质素改性衍生物进行过多年研究，并得到创新性的研究成果（如酶解木质素或它的衍生物改性酚醛发泡材料及其制备方法，国家发明专利ZL200810071003.9 ；酶解木质素或它的衍生物改性热熔型酚醛树脂的原料配方及制备方法，国家发明专利申请号200810072174.3；）；在上述研究基础上，探索一种采用低成本、可再生的酶解木质素替代部分石油化学品制备水泥减水剂，在降低成本和环境保护上将具有很大的优势，以及良好的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用酶解木质素为改性原料制备水泥减水剂的方法。利用该方法制备的木质素磺化衍生物比传统的木质素磺酸盐具有更好的减水剂性能，可以直接添加或做为复合减水剂的配料使用，既能充分利用可再生资源，又可以减少石油化学品的消耗。

本发明的技术方案如下：

本发明采用酶解木质素为原料经过催化磺化反应得到酶解木质素改性减水剂。

所述的酶解木质素是采用溶剂法从含有木质素组分的生物质原料直接提取或采用溶剂法从木片、竹子或草木秸秆发酵制备乙醇、功能性多糖或生物天然气的残渣中提取得到的天然高分子材料。

所述磺化反应的催化剂是以ZrOCl₂·8H₂O为原料制备的固体酸和固体碱催化剂，所述催化剂的制备方法如下：

1）将ZrOCl₂·8H₂O溶解于蒸馏水中，使之配成质量分数为8-10%的溶液，搅拌条件下向溶液中缓慢滴加浓氨水，调节pH=8.5-9.5，形成凝胶；

2）凝胶在室温下陈化24小时后抽滤，用蒸馏水反复洗涤滤渣至洗涤液无Cl^-；

3）将洗涤后的滤渣置于烘箱中80-120 ℃，干燥12-30h，研磨成细粉，过80-120目筛子，得到粉末；

4）将上述粉末分成两份，一份用0.5 mol/L稀硫酸浸渍，一份用1mol/L的硝酸钠溶液浸渍，浸渍后分别进行抽滤；

5）将所得滤饼分别在80-120℃干燥12-30小时，得ZrO₂/SO₄^2-和Na₂O /ZrO₂初始样品，最后分别在620-700 ℃下焙烧4小时，即得到ZrO₂/SO₄^2-固体酸催化剂和Na₂O /ZrO₂固体碱催化剂。

所述的酶解木质素为改性原料制备水泥减水剂的制备方法，具体步骤为：