[发明专利]一种制备固体木质素季铵盐的新方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及木质素领域。更具体地，涉及一种制备固体木质素季铵盐的新方法及该固体木质素季铵盐的应用。

背景技术

作为地球上最丰富的可再生资源之一，木质素广泛存在于种子植物中，与纤维素和半纤维素构成植物的基本骨架。木质素在自然界中存在的数量非常庞大，估计每年全世界由植物生长可产生1500亿吨木质素。工业木质素是唯一能从可再生资源中取得的芳香族化合物，其中来源于制浆造纸工业中产生的工业木质素有3000万吨。

木质素是由3种醇单体(对香豆醇、松柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合物。因结构单元不同，可将木质素分为3种类型：紫丁香基木质素(Syringyl lignin，S-木质素)，愈创木基木质素(Guajacyl lignin，G-木质素)，对羟基苯基木质素(Hydroxy—phenyl lignin，H-木质素)，它们的结构式分别如下：

木质素本身具有一定的离子交换与吸附性能且价格低廉、无毒，因此具有较强的竞争力，但由于其性能还不够理想，使得它的应用受到限制。

木质素分子中含有酚羟基、醇羟基、醛基、酮基、羧基、甲氧基等活性基团，可以发生接枝共聚、交联、氧化、还原、磺甲基化、烷氧化、碱活化、羟甲基化、曼尼希(Mannich)反应等许多改性反应。这些反应能改变木质素的空间网络、酚羟基含量、羧基含量或者在木质素中引入其他功能基。工业中通过将木质素改性可以制备出各种功能不一的木质素基吸附材料。

木质素季铵盐是重要的一类木质素改性物质，它由于具有季铵盐基团而表现出一些独特的性质，经常作为表面活性剂被广泛应用。目前，常见的合成木质素季铵盐有两种方法。

第一种方法是先将木质素与醛类(甲醛、乙醛、糠醛等)和胺类化合物(伯胺、仲胺、氨基酸等)通过曼尼希反应生成木质素胺，然后再与烷基化试剂(碘甲烷、硫酸二甲酯等)反应生成木质素季铵盐。如：清华大学祝万鹏等的《木质素季铵盐阳离子絮凝剂合成工艺》。但这种方法有以下缺点：反应步骤较多，使用溶剂量较大，需强酸催化，原料中烷基化试剂部分是剧毒品。这些缺点在一定程度上制约了该方法的推广和应用。

第二种方法是先将三级胺或其盐酸盐与环氧氯丙烷制备成季铵盐的中间体单体，然后该中间体单体在碱性条件下与碱木质素反应来生成木质素季铵盐。如刘祖广的《木质素阳离子乳化剂的制备及其表面活性》、杨益琴的《木质素阳离子表面活性剂的合成及性能》以及王晓红的《木质素季铵盐表面活性剂的合成》中都通过这种方法合成了木质素季铵盐。但是这种方法的缺点是：它是在强碱条件下制备得到木质素季铵盐溶液，浓缩后得到的产物是木质素季铵盐粘稠液(主要含：环氧丙基季铵盐中间体、氢氧化钠、木质素季铵盐)。由于环氧丙基季铵盐中间体在碱性条件下不能长时间稳定存在且木质素季铵盐溶液在后处理浓缩过程中碱性环境不断增强，容易使木质素季铵盐分解，不利于木质素季铵盐固体的制备。当木质素季铵盐作为表面活性剂而被用作分散剂、乳化剂和絮凝剂时，其一般是在水相中使用，可直接使用木质素季铵盐溶液而无需将其分离成固体。但当需要以干燥粒相进行包装(如食品干燥剂)或在非水环境中使用时，例如去除气相中的某些挥发性有机物，就不能使用这种木质素季铵盐溶液，这就需要除去溶液中的其他组分，来得到干燥的木质素季铵盐固体。但由于这种木质素季铵盐溶液中含有多种物质，旋转蒸发会得到粘稠状液体，并不能得到干燥的木质素季铵盐固体。

在陈志强的《木质素吸附剂的合成及吸附铀性能研究》中，将得到的木质素季铵盐粘稠液与甲醛溶液继续反应10小时，最后将沉淀物过滤出来，得到交联后的固体木质素季铵盐吸附剂。该方法由于通过增加反应步骤将季铵盐继续交联化，使得花费时间多，方法繁琐，且交联后季铵盐的一些理化性质也发生了改变，导致它的水溶性大幅降低。

因此，需要提供一种制备固体木质素季铵盐的新方法。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种制备固体木质素季铵盐的新方法。本发明所使用的原料、试剂易得，反应路线短，反应条件温和(无需高温、强碱强酸条件，且容易控制)，后处理简单，中间体和最终产物的产率都比较高；本发明通过使用引发剂进行自由基反应，避免了碱性环境带来的不利因素，顺利的得到纯度较高的木质素季铵盐固体。

本发明要解决的第二个技术问题是提供由上述方法制备得到的固体木质素季铵盐的应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种制备固体木质素季铵盐的新方法，包括以下步骤：