[发明专利]高级催化氧化制备木质素磺酸钠分散剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及分散剂领域，具体涉及一种采用高级催化氧化制备木质素磺酸钠分散剂的方法。

背景技术

近年来，由于世界各国对环境保护的日益重视，以及世界范围内的能源危机和纤维素原料的日益短缺，对于木质素这一含量巨大的自然资源的利用引起世界各国更加广泛的重视。在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到 5000万吨左右的木质素副产品^[1]。利用碱法制浆，在我国造纸业中约占80%，这些生产企业中，除少数大厂外，不少是中小型纸厂。以草本植物为原料造纸仅利用了约占植物重量40%的纤维素，其它约60%的木质素、半纤维素和残剩的烧碱一同残留在造纸黑液中。仅在我国，造纸行业的废水年排放量约为50亿吨，每年产生工业木质素就约有450万吨，大部分作为废物随造纸废水直接排放，既浪费资源，又严重污染环境^[2]。以制浆造纸废液为原料，将其中的木质素改性成为木质素磺酸钠并将其应用于混凝土减水剂，不仅能降低减水剂的成本，拓宽和提高木质素的利用价值，提高其附加值，还可以解决中小型造纸厂废液污染的难题，同时满足开发可再生资源、发展循环经济、走可持续发展道路的要求，具有重要的社会和环境意义。

木质素分子中缺乏强亲水性官能团，同时可发生反应的高活性位置不足，故其水溶性和化学反应性能不良，限制了回收木质素的应用范围和实用价值。通过物理化学的改性方法，在木质素结构中引入高活性基团，优化木质素的结构性能，提高其产品的应用价值，已经成为木质素利用研究关注的焦点。对制浆造纸废液回收的木质素进行化学改性的方法有磺化、接枝共聚、缩合和脱甲基化等。其中目前对碱木质素进行改性的方法大部分是通过磺化^[3-4]。因为磺化可以提高木质素的水溶性和分散性，如Yasuyuki等^[5]将酸析水解木质素分别进行一步磺化、两步磺化和芳环磺化，产品的分散性能比木质素磺酸盐提高30%～70%。

磺化改性包括高温磺化、氧化磺化和磺甲基化等。1954年就有人提出了碱木质素的磺化反应，之后又有许多研究者对不同来源的碱木质素磺化改性进行了研究^[6-7]，Rojas O 和Salvager J L^[8]对从碱法制浆黑液中提取的蔗渣木质素制备混凝土减水剂进行了研究；Amel Kamouna等^[3]从碱法制浆黑液中提取禾草木质素，将其分离提纯后，加入亚硫酸钠和甲醛，pH值为7～9，温度为130～160℃，反应3～6h，得到的产品SEL用作混凝土减水剂；邱学青等^[9]通过对木质素的磺化改性，提高了其分散降黏作用，对盘江煤制浆浓度达到71%，制浆流型好，抗剪切性能佳，稳定性好。Dilling^[10]研究了甲醛和亚硫酸钠在130～175℃下与木质素的磺化反应。Matsushita等^[11]研究了羟甲基磺酸钠在100～150℃下与酸析木质素的磺甲基化反应。上述研究一般以木浆碱木质素为主，其磺化反应通常需要较高的温度和一定的压力。

其中，氧化磺化法是通过氧化改性提高木质素活性。一方面通过脱甲基化作用提高木质素苯丙烷单元的反应活性。另一方面使高缩合度的木质素降解，使木质素和反应物接触反应机会增大。再通过磺化反应，提高碱木质素的水溶性和分散性。Sokalova等^[12]提出在氧化剂作用下，碱木素的自由基磺化反应，可在较低温度下进行。刘明华^[13]等采用先氧化后磺化工艺，制得的碱木质素改性产物的分散性能达到木质素磺酸钙的水平，低水灰比条件下接近木钙产品，可当作普通减水剂使用。李庆春等^[14]利用浆粕黑液采用过滤、浓缩、磺化、改性等物理、化学方法制取木质素减水剂HQ，使用性能达到GB8067-1997中普通减水剂标准，其中一些重要性能指标接近高效减水剂标准。

但总的来说，碱木质素的磺化产品的分散性能还不理想，进而限制其推广应用范围。因此，寻找一种有效的碱木素磺化方法是碱木素得以充分利用并解决环境污染问题的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高级催化氧化制备木质素磺酸钠分散剂的方法，该方法的生产成本低，所制备的分散剂具有分散、络合、螯合等多种功能，可用于染料分散剂、混凝土减水剂、水煤浆添加剂等多种领域。