[发明专利]利用磷钨酸与H2O2混合体系催化降解并活化碱木质素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱木质素的改性方法，具体涉及一种利用磷钨酸与H₂O₂混合体系催化降解并活化碱木质素的方法。

背景技术

碱木质素是一种复杂的、非结晶性的、三维网状酚类高分子聚合物，它广泛存在于高等植物细胞中，是针叶树类、阔叶树类和草类植物的基本化学组成之一。碱木质素的分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、羧基等多种活性基团，因而碱木质素可以发生多种化学反应。但由于各种基团的含量不高，碱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，限制了回收碱木质素的应用范围和实用价值，总体看来碱木质素的活性很低，直接资源化利用的可能性极低。

科学工作者从碱木质素的这些活性基团出发，对碱木质素进行了多种改性研究，改善了碱木质素多方面的性能。碱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，限制了回收碱木质素的应用范围和实用价值。通过物理化学的改性方法，在碱木质素结构中引入高活性基团，优化碱木质素的结构性能，提高其产品的应用价值，已经成为碱木质素利用研究关注的焦点。

多金属氧酸盐（polyoxometalates ，简称多酸）由多阴离子与反荷阳离子所组成。有些多金属氧酸盐脱碱木质素的选择性高，而且兼有催化有机废物湿氧化的双重功能，具有明显的环境和经济优势，应用前景十分广阔。多金属氧酸盐还可作为催化剂，用于改善氧脱木素或过氧化氢漂白效果。目前，国外已对多金属氧酸盐脱木素技术进行了一些有益的研究探索，取得了一定成果。

过氧化氢作为一种比较缓和的氧化剂，在碱性溶液中可产生HO·和O·自由基。与氧气氧化氨解比较，以过氧化氢作氧化剂对工业木质素进行氧化氨解，其甲氧基的断裂速率、木质素氮含量均较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用磷钨酸与H₂O₂混合体系催化降解并活化碱木质素的方法，H₂O₂作为氧化剂，磷钨酸作为催化剂，对碱木质素予以改性，使之被降解为较小分子量的更具反应活性的物质，以期实现碱木质素的资源化利用。

本发明按照如下步骤催化降解并活化碱木质素：

a、称取碱木质素加入到溶剂中，形成溶液A，其中碱木质素的加入量为反应总体系质量的8～9%；

b、称取磷钨酸溶于蒸馏水中，充分溶解后形成溶液B，其中磷酸钨的加入量为反应总体系质量的0.5～1.5%；

c、将溶液B加入到溶液A中，同时加入反应总体系质量0.3～10%的H₂O₂，50～60℃下回流反应4～5h；

d、反应结束后，溶液经冷却后过滤、水洗，所得固体在50～60℃下烘干，得棕黄色固体粉末。

本发明采用磷钨酸和过氧化氢协同作用催化降解并活化碱木质素，具有以下优点：

1、与其它采用的降解活化碱木质素的催化剂（如钯和铂等）相比，磷钨酸和过氧化氢的成本低。

2、磷钨酸可以在厌氧条件下可以氧化降解碱木质素，并在富氧条件下实现催化剂的再生，发生原位催化。这样可以循环使用催化剂磷钨酸，降低制浆漂白的工艺步骤，同时对环境的污染小。

3、经磷钨酸和过氧化氢协同降解活化后，碱木质素的总羟基含量达到25.11%，比为降解前碱木质素中的总羟基含量提高了近500%。

4、磷钨酸与H₂O₂催化降解碱碱木质素的反应时间为4小时，反应温度为60℃，H₂O₂质量分数为7%，H₃PW₁₂O₄₀质量为反应总体系质量的1.2%时总羟基含量增加最多，降解后碱木质素的反应活性最高，为该体系下的最优反应条件。

5、磷钨酸与H₂O₂催化降解碱木质素在二氧六环-水溶液体系下比水溶液体系下总羟基含量增加多，降解活化后的碱木质素反应活性更高； H₃PW₁₂O₄₀与H₂O₂体系能多次反应降解碱木质素，随着反应次数的增加，对碱木质素的降解能力减弱，但循环使用4次后，催化剂依然具有很高的活性。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式按照如下步骤催化降解碱木质素。