[发明专利]一种单分散碱木质素分子液体的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种单分散碱木质素分子液体的制备方法及其应用。

背景技术

化石资源是人们赖以生存的物质基础和能量来源，人类的一切活动和社会的稳步发展都离不开化石资源的使用。但是，随着世界经济的飞速发展，对化石资源的过度开发和使用却对人们的生活环境造成了十分严重的后果。于是，在资源日益短缺、环境不断恶化、争夺资源的政治经济纠纷、甚至是武装冲突和战争频发的当今，世界各国都将开发新能源和利用可再生资源作为其长期发展的重要战略决策。

生物质是一种通过大气中CO₂、水和阳光综合作用产生的可再生资源，如能利用生物质生产能源和化学品，将成为解决人类生存、保护人类社会可持续发展的迫切任务，为此，世界各国、企业家和科学家付出了巨大的努力研究开发生物质能源和化学品，并取得了巨大的成功，为人类的可持续发展带来了希望。

糠醛是人类开发生物质化工产品最成功的先例，是可以替代石油化工原料在橡胶、塑料等行业应用的可再生化工原料，以糠醛为原料已经生产出一系列化工产品，是人类可持续发展的希望，在石油资源面临枯竭的形式下，利用秸秆资源生产的糠醛来代替化石产品是人类成功选择的出路之一。但是，糠醛行业严重污染环境的现状已经制约了糠醛行业的发展，大多数企业处于瘫痪状态。

纤维素乙醇被认为是最好的液体替代燃料，它的生态效益，使得它成为工业生物技术研究的重点，取得的研究和工业性试验结果给人类发展纤维素乙醇带来了希望。但是，纤维素的水解效率问题、水解废渣污染环境问题、水解糖液中有害物质影响酵母菌活性的问题、生产过程的能耗问题，这一系列问题，导致纤维素乙醇生产成本过高，无法实现工业化生产，致使纤维素乙醇的研究与产业化开发处于低潮状态。

利用生物质纤维素造纸也是生物质资源利用的成功先例，给人类文明和社会进步作出了重大贡献，但是造纸黑液严重污染环境的问题举世瞩目，许多中、小造纸厂纷纷关闭，大型造纸厂投入巨大资金，采用先浓缩、再燃烧的办法处理黑液，不仅消耗了大量能源、排放大量二氧化碳，还浪费了资源。

存在上述问题的主要原因在于：秸秆主要含有四种组分，即半纤维素、木质素、纤维素、灰分(无机组分)。过去人类在开发和生产糠醛、乙醇、造纸的过程中，只注重秸秆中一种组分的利用，例如木糖、糠醛生产利用半纤维素，乙醇生产、造纸利用纤维素，其它三种组分则变为污染环境的垃圾，必然导致成本过高、资源浪费、环境污染等一系列问题。

生物质中的木质素没有充分利用，不仅浪费了资源，而且污染了环境，是生物质开发过程中的主要瓶颈。据统计，每年全世界通过植物的生长可产生约1500亿吨木质素。但是，目前生物质利用过程中作为副产物生成的木质素的利用率只有1～2％，大部分作为废物排放或燃烧掉。尤其在造纸行业中，木质素是主要的副产物，是全球主要污染源之一，。因此，总结木质素应用存在的问题，研究功能性木质素的制备与应用，为功能性木质素大规模产业化提供理论基础和试验依据，是生物质资源能否早日实现综合利用过程中亟待解决关键问题。

发明内容

本发明采用碱溶木质素、二氧化碳沉硅、氧化钙除杂、纳滤膜提纯、反渗透增浓、催化裂解等技术生产出液体碱木质素分子液体。产品活性高、无团聚，在脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂等高分子材料生产过程中直接作为反应物参加原位聚合反应，彻底改变了以往在制备和应用研究过程中采用碱溶酸沉方法的弊端(酸沉使木质素聚合为颗粒状态，大大降低了木质素活性，只能作为填加剂在高分子材料中应用)。在聚合反应中，前者是反应物，后者是填加剂，本质上完全不同。

本发明采取的技术方案是：

本发明的单分散碱木质素分子液体的制备方法如下：

(1)将生物质在稀酸催化下水解，得到的水解液制备糠醛，水解渣经水洗除去可溶性杂质，按干基水解渣与3～9wt％氢氧化钠水溶液质量比为1：3-8加入到反应釜中，升温至100-120℃，恒温反应1-2小时，过滤，得到粗碱木质素液；

(2)向步骤(1)中得到的粗碱木质素液中通入含10-40wt％的二氧化碳的混合气(二氧化碳和氮气)，中和氢氧化钠生成碳酸钠，使硅酸钠沉淀为二氧化硅水合物，板框过滤，沉淀二氧化硅水合物作为制备硅肥的原料，滤液为除硅碱木质素液；

(3)向步骤(2)中得到的除硅碱木质素液中加入与碳酸钠等摩尔量的氢氧化钙，与木质素液中碳酸钠反应，生成碳酸钙沉淀，板框过滤除去沉淀，得到含3～5wt％氢氧化钠的木质素水溶液；