改性木質素磺酸鹽的研究進展

翁彩珠 巨 敏 劉軍海

（陜西理工學院化學與環境科學學院，陜西漢中，712003）

改性木質素磺酸鹽的研究進展

翁彩珠 巨 敏 劉軍海

（陜西理工學院化學與環境科學學院，陜西漢中，712003）

綜述了改性木質素磺酸鹽的性質及其在工業應用方面的研究進展，重點分析了各自優缺點，探討了其今后的發展方向，并展望了其今后的發展前景。

改性 木質素磺酸鹽 綜述

前言

我國造紙工業發達，而造紙廢水的黑液是環境主要的污染源，約占整個造紙工業污染的90%[1]。加強對造紙廢液中的某些物質綜合利用，不僅可以緩解資源危機的壓力，還可避免其對環境的污染，尤其是制漿造紙的黑液的處理及綜合利用備受關注。造紙黑液中大量的木質素若加以綜合利用，既充分利用了廢棄資源，又減少了對環境的污染。如木質素磺酸鹽具有減水作用、絮凝、降黏等特點，在工業上具有廣泛的用途。但是其本身也存在一些問題，如引氣過大，相對分子量小等，使得效果并不明顯。因此，需對木質素磺酸鹽進行改性，彌補其自身的不足，賦予一些新的性能，可進一步擴大其應用領域。本文綜述了改性木質素磺酸鹽的研究進展，以期為木質素的開發利用提供參考。

1 改性木質素在工業中的應用

1.1 木質素磺酸鈉

木質素磺酸鈉是木漿與二氯化硫水溶液和亞硫酸鹽反應產物，具有C3-C6的疏水骨架、磺酸和其它親水性基團結構，因而屬陰離子表面活性劑。木質素磺酸鈉有很強的分散性，能吸附在各種固體質點的表面上，可進行金屬離子交換作用，也因為其組織結構上存在各種活性基，因而能產生縮合作用或與其他化合物發生氫鍵作用。但是木質素磺酸鈉的作用不明顯，對木質素磺酸鈉進行適當的改性，可有效改善其應用性能。

木質素磺酸鈉是一種常見的減水劑，通過對其進行化學改性，可以提高減水率，同時改善木質素磺酸鈉在混凝土應用過程中強度偏低的缺點。李榮杰等[2]以玉米芯、玉米芯酸解渣、甘蔗渣或玉米秸稈經過堿煮產生的黑液為原料，經過粗過濾、超濾膜濃縮、磺化和噴霧干燥，制備出低含水量的木質素磺酸鈉減水劑。李高寧等[3]用H2O2和HCHO對木質素進行氧化、磺化改性。產品各項主要指標達到了普通減水劑的國家標準。且其工藝簡單、操作方便、易于控制、在常壓下就能完成。王哲等[4]研究不同的氧化條件對木質素磺酸鈉影響，結果表明在酸性和較高的過氧化氫的條件下，可使改性木質素磺酸鈉的減水效果明顯提高。

通過改性的木質素磺酸鈉可廣泛應用于木材改性及外墻涂料等方面，乳液成膜均勻、耐水性好，性能優異。如徐春麗等[5]利用木質素磺酸鈉和聚乙二醇作為表面活性劑取代傳統的乳化劑OP-10和十二烷基硫酸鈉，成功制備了丙烯酸酯乳液。該乳液是木質素磺酸鈉與丙烯酸酯單體的接枝共聚產物，基本結構與純丙烯酸乳液結構相似，且穩定性好、粒徑分布均勻，平均粒徑為200～600 nm。

此外，木質素磺酸鈉改性還可使[5]水煤漿的分散降黏能力顯著提高，優于常用的萘系分散劑等。

1.2 木質素磺酸鎂

木質素磺酸鎂（木鎂）屬陰離子表面活性物質，具有引氣減水作用、良好的水溶性、強的黏結力等性能。木質素磺酸鎂可復合改性，進一步深加工成不同用途的產品。木質素磺酸鎂的起泡性能和減水分散性能較低，但隨著相對分子質量的增大，其減水分散性能增強，對其進行改性可以增強其減水分散性，但是水泥凈漿凝結時間卻延長了，砂漿抗壓強度也降低了[7]。王宏偉[8]研究發現，改性木質素磺酸鎂的用水量降低了、凝結時間比原先的縮短且抗壓強度明顯增強。楊東杰等[9]采用超濾法將木質素磺酸鎂分離成不同分子量的級份，研究其結構特性和表面物化性能，為其應用和改性提供了基礎數據。

目前，改性木質素磺酸鎂原料多采用鈦白粉，價格較高，所以改性成本高，造成這方面的應用受到一定程度限制，相關研究也不是很多。但是，其高效性、節水性等優異性能應引起我們的重視，加大對木質素磺酸鎂的研究，以降低其生產成本，將是今后的發展方向之一。

1.3 木質素磺酸鈣

木質素磺酸鈣（木鈣）是一種多組分高分子聚合物陰離子表面活性劑，具有很強的分散性、黏結性、螯合性，廣泛用作水泥減水劑、農藥懸浮劑、水煤漿分散劑等。

木質素磺酸鈣可應用于普通的減水劑，但是在較高強度混凝土則是達不到要求的。由于其本身引氣孔過大、緩凝，很難成為高效減水劑。通過對木質素磺酸鈣進行改性，增加分子鏈，減水性能得到很大的提高。如賈陸軍等[10]將木質素磺酸鈣表面與丙烯酸、馬來酸酐合成接枝改性木質素磺酸鹽減水劑。結果表明，改性木鈣對水泥顆粒的分散作用、減水作用能力提高。大大增強了水泥凈漿的抗壓強度，縮短凝結時間，降低有害氣孔率。

雷永林等[11]合成了新型改性木質素磺酸鈣高效減水劑。結果表明，新型改性木質素磺酸鈣解決了本身的引氣過大、緩凝的缺點，且對水泥分散能力和減水效果也增強了。

此外，木質素磺酸鈣還可以與其他物質反應而獲得更多廣泛的應用，如制備低毒低游離醛和低成本的環保型木質素磺酸鈣基PF膠[12]。

1.4 其它木質素磺酸鹽

隨著研究工作的深入，其他一些木質素磺酸鹽的應用不斷被開發出來。如將木質素磺酸鹽與丙烯酰胺接枝共聚得到的改性木質素磺酸鹽，可用于工業廢水中鎘、鎳、銅等的絮凝處理，具有較好的絮凝效果，是一種高分子絮凝劑，達到了“以廢治廢”的經濟效果[13-15]。

此外，木質素磺酸鹽還可以作為緩蝕劑，抑制金屬腐蝕；作為活性劑，降低油-水界面張力；作為固沙劑，達到防沙治沙的目的。

2 展望

改性木質素磺酸鹽性能優異，應用潛力巨大，吸引著越來越多的研究者介入此方面的工作。面對當今嚴峻的資源短缺，木質素磺酸鹽改性的研究對我國低碳經濟和綠色化可持續發展具有重大意義。

木質素磺酸鹽在用作減水劑這方面目前研究最多的，科研人員的深入研究的同時，需注重對產品的開發推廣工作，以實現規模化的工業生產。實驗研究方面，還要加大改性工藝的優化研究，以降低改性成本，同時加大應用性研究，以拓展其更廣泛的應用。造紙黑液中不僅有木質素磺酸鹽，還有羥基低分子量有機酸、樹脂酸等有用成份，所以在研究改性木質素磺酸鹽的過程中，要注意對造紙黑液的綜合開發，最大程度的減少其對環境的污染。相信隨著研究工作的不斷開展，有關木質素磺酸鹽的研究必將取得更多可喜的成果。

[1]譚萬春,李芬,王云波等.超臨界水氧化法處理造紙黑液研究[J].水處理技術2010,36(12):77-79,97

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[3]李高寧,劉麗麗,張恒等.改性木質素磺酸鹽減水劑的合成[J].應用化工2010,39(10):1454--1456,1461

[4]王哲,李忠正,高鴻海.改性木質素磺酸鈉的混凝土減水性能及其結構特性[J].中華紙業.2007,28(11):63-65.

[5]徐春利,郭紅霞,譚惠芬等.木質素磺酸鈉改性丙烯酸酯乳液的制備及其性能研究[J].新型建筑材料2010,(2):82-85

[6]胡文莉,王玥,邱學青等.改性木質素磺酸鈉對水煤漿成漿性能的影響[J].煤炭科技技術.2009,37(12):107-112.

[7]付盡國,楊東杰,張智等.不同相對分子質量的蔗渣木質素磺酸鎂對水泥砂漿性能的影響[J].新型建筑材料,2008,11:1-4

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[10]賈陸軍,王海濱,霍冀川等.接枝改性木質素磺酸鈣的制備及應用 [J].中國造紙學報.2009,24(3):112-115.

[11]雷永林,賈陸軍,霍冀川等.新型改性木質素磺酸鈣高效減水劑的制備及構效關系研究[J].中國造紙學報,2010,25(1):27-31.

[12]方紅霞,吳強林,張雷.液化木質素磺酸鈣基環保酚醛膠黏劑的合成[J].林產化學與工業,2009,29(4):92-95.

[13]李愛陽,彭暉冰,唐有根.改性木質素磺酸鹽絮凝處理含鎳廢水的研究 [J]環境科與技術.2008,31(11):106-108.

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[15]李愛陽,李大森,李安伍.改性木質素磺酸鹽處理.31.

2011－3－28

環境保護