[发明专利]木质素金属盐及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种木质素金属盐及其制备方法，对木质素悬浮液进行固液分离，得到木质素黑液；然后加入金属盐和分散剂，充分搅拌，得到固液混合体系；最后进行固液分离，所得固体经洗涤、干燥、粉碎得到亚微米或者纳米木质素金属盐。本发明还公开了制备的木质素金属盐作为补强剂添加到橡胶、木塑复合材料中的应用。本发明利用造纸工业或生物炼制产生的黑液制备亚微米或者纳米木质素金属盐，将物理方法和化学方法相结合，获得了分散性良好粒度均匀的亚微米或者纳米木质素金属盐。将其添加到橡胶、木塑复合材料中，可显著增强橡胶、木塑复合制品的力学性能、热稳定性能和阻隔性能。

技术领域

本发明属于生物质的高值化处理及应用领域，具体涉及木质素金属盐及其制备方法与应用。

背景技术

木质素(lignin)是植物界中仅次于纤维素的含量第二丰富，且唯一含有芳环结构的天然高分子。据估计全球每年木质素的生物合成新增量约达6×10¹⁴t。木质素是由苯基-丙烷类单体通过烷基-烷基、烷基-芳基等化学键连接起来。根据甲氧基的数量和位置不同，可以将单体分为对羟基苯基型(H)、愈创木基型(G)和紫丁香基型(S)，基本结构单元如1图所示。木质素是一种由苯基丙烷单元通过酯键和碳-碳键连接形成的无定形聚合物，在苯环上存在甲氧基，含碳量约60％～66％，含氢量较低。结构单元之间以醚键或碳碳键连接，前者是主要连接方式。尽管木质素分子结构复杂，仍凭借其分子结构含有众多不同种类官能团(芳香基、酚羟基、醇羟基、羧基、甲氧基、共轭双键等多种类型的活性官能团)及天然的可再生、可生物降解、无毒等优点，而且来源于造纸工业副产品，具有成本低廉的优势。因而，木质素被认为是一种优良的可再生生物质原料，其在材料领域的高值化利用一直广受关注。

发明内容

本发明的目的是提供一种木质素金属盐及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

木质素金属盐的制备方法，包括如下步骤：

(1)对木质素悬浮液进行固液分离，得到木质素黑液；

(2)向步骤(1)得到的木质素黑液中，加入金属盐和分散剂，充分搅拌，得到固液混合体系；

(3)将步骤(2)得到的固液混合体系进行固液分离，所得固体经洗涤、干燥、粉碎得到亚微米或者纳米木质素金属盐。

具体地，步骤(1)中，所述木质素悬浮液为造纸工业或生物炼制产生的木质素悬浮液，pH值为11～13，主要成分包括木质素、纤维素、半纤维素、多糖和灰分，其中木质素含量为10～300g/L；

所述固液分离方法为过滤或离心，过滤使用300目及以上尼龙类滤布、滤袋对木质素悬浮液进行过滤。木质素悬浮液中含有较多细小纤维，其尺寸小、结构形态，化学性质不均一，使用尼龙类滤布、滤袋可以对木质素悬浮液中的细小纤维进行截留，得到木质素黑液。所述尼龙类滤布优选为丙纶滤布、滤袋。

步骤(2)中，所述的金属盐包括铁、钴、镍、锌、锰、铜、钙等的硫酸盐、氯化盐、硝酸盐及金属氧化物、氢氧化物中的一种或多种的组合；金属盐用量为木质素黑液中木质素总质量的0.1～50％。

所述的分散剂为乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、聚乙烯醇、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠等中的任意一种；分散剂用量为木质素黑液中木质素总质量的0.1～5％。由于木质素微粒易团聚，分散剂的加入可有效抑制微粒团聚。

所述金属盐以金属盐固体、金属盐水溶液或者金属盐分散液的形式加入；金属盐水溶液或者金属盐分散液的浓度为2～40wt％，金属盐分散液的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮中的任意一种或多种的混合。

进一步地，步骤(2)中，所述木质素黑液先在20～50KHz下超声处理3～30min，然后在搅拌状态下加入金属盐和分散剂，搅拌使用双层搅拌器，底层为推进式搅拌器，上层为齿状分散盘，搅拌速度为200～2000rpm。