[发明专利]超声烷基化的木质素磺酸盐生物基表面活性剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于木质素磺酸盐烷基化合成表面活性剂的领域，特别涉及一种超声烷基化的木质素磺酸盐生物基表面活性剂的制备方法。

背景技术

木质素磺酸盐是自然界含量第二丰富的生物质资源木质素的衍生物，自然界含量丰富，可生物再生。同时木质素磺酸盐是酸性造纸制浆工业的主要废弃物和污染物，价格低廉，供应充足。在石油资源日益紧缺，价格高企的背景下，通过改性制备木质素磺酸盐生物基表面活性剂在工农业生产和生活领域，比如木质素磺酸盐混凝土减水剂、水煤浆添加剂、农药分散剂、油墨和染料分散剂、碳纳米管分散剂、日化用表面活性剂等方面都具有巨大的潜力和竞争优势。拓宽木质素磺酸盐的利用范围，提高其利用价值，对解决环境污染和保护生态环境具有重要意义，符合可持续发展战略和绿色化学的要求。

酚羟基是木质素磺酸盐重要的活性基团。当前，木质素磺酸盐酚羟基与烷基化试剂（如卤代烷）反应，在木质素大分子上引入亲油烷基链，是提高其表面活性的主要方法。木质素磺酸盐酚羟基的含量越高，烷基化反应的活性越大，越利于在木质素磺酸盐大分子上引入烷基链。但是工业木质素磺酸盐分子结构复杂，三维网状结构使酚羟基被缠绕封闭，不利于传质和改性反应。同时，未经活化的工业木质素磺酸盐酚羟基的含量少，反应活性低，能够发生接枝反应的位点少。文献1（U.S PAT NO4739040,Douglas G.Naae,Recovering hydrocarbon with surfactants from lignin,1988）报道，高温高压条件下，通过CO或者H₂还原降解木质素磺酸盐，提高木质素磺酸盐的酚羟基含量，再进行烷基化反应得到亲油性能良好的木质素磺酸盐表面活性剂。CO和H₂还原降解反应虽然提高了木质素磺酸盐的反应活性，但是反应条件苛刻，需要在高温高压条件下进行，过程使用CO等剧毒易爆气体。

超声波是指频率为2×10⁴～1×10⁷Hz的声波。超声波在媒介中传播时，通过空化、机械和热作用会产生一系列独特的力学、热学以及化学效应，特别是在液体中传播时导致的空化作用具有独特的化学效应。空化作用产生的微泡提供了一个强大的剪切力场，为化学键的断裂提供机械能。同时，超声波空化作用导致高温高压的局部环境，可以促进自由基和其它高反应活性种的生成。超声波是绿色高效的活化处理技术，在生物炼制和生物质的活化处理方面具有广泛可靠的应用。

本专利申请人为主申请的中国发明专利CN2012100052844采用了直接烷基化的方法，将木质素磺酸盐改性制备成生物基表面活性剂。虽然该专利产品改性木质素磺酸盐水溶液的表面张力较低，但是需要以具有较高酚羟基含量的木质素磺酸盐为原料。一般未经活化处理的工业木质素磺酸盐，活性基团的含量较低，分子结构的规整性差，直接烷基化改性的反应效果不够稳定。另外，上述产物的临界胶束浓度（CMC）达到1.0×10^-3g/mL，比传统石油基表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（LAS）的CMC值4.2×10^-4g/mL（赵国玺，《表面活性剂的基本原理》，中国轻工业出版社（2003））高1个数量级。

发明内容

为克服工业木质素磺酸盐反应活性低、分子结构规整性差的缺点，解决现有技术得到的木质素磺酸盐表面活性剂活性有限，临界胶束浓度（CMC）高或者不存在明显CMC的问题，本发明的首要目的在于提供一种超声烷基化的木质素磺酸盐生物基表面活性剂的制备方法。本发明的制备方法是在发明专利CN2012100052844的基础上，利用了绿色高效的超声波生物质活化技术实现的。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法获得的超声烷基化的木质素磺酸盐生物基表面活性剂。

本发明的再一目的在于提供上述超声烷基化的木质素磺酸盐生物基表面活性剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种超声烷基化的木质素磺酸盐生物基表面活性剂的制备方法，包含以下步骤：

（1）将木质素磺酸盐溶解在水中，搅拌使木质素磺酸盐充分分散溶解，得到木质素磺酸盐溶液；

（2）于20～30℃，使用功率为150～300W，频率20～40KHz的超声波作用木质素磺酸盐溶液60～120min，自然冷却；冷却后的超声反应液经过减压蒸馏，恒温干燥，得到酚羟基含量提高的超声木质素磺酸盐；

（3）将步骤（2）获得的超声木质素磺酸盐溶解在有机溶剂和水形成的混合溶液中，接着将pH值调节至10～12，搅拌使超声木质素磺酸盐充分溶解；