腐殖酸鈉的磺化改性實驗研究及分析

曾紅久

摘 要：本實驗通過泥炭的堿抽提、酸解后得到腐殖酸鈉原料，在原料中加入亞硫酸鈉，探索腐殖酸鈉磺化改性的工藝參數，從而分析得出制取高性能腐植酸添加劑的最佳工藝條件。

關鍵詞：腐植酸;堿抽提;酸解;磺化

磺化反應的目的是在腐植酸中引入磺酸基團，改善腐植酸的親水性，使其充分體現表面活性劑的特征。常用的磺化劑有H2SO4和Na2S03，使用H2SO4作磺化劑需加入催化劑。其最大的缺點是在反應過程中，隨著溫度的升高、有部分腐植酸碳化，變為水不溶物，導致產品質量不穩定，生產過程難于控制。故此次實驗選用Na2SO3作為磺化劑。

1.反應原理

本實驗采用在堿性條件下用磺化試劑對堿抽提后的腐殖酸鈉進行磺化改性，使其結構上引入親水性的磺酸基。反應方程式如下：

2.實驗方法

2.1操作步驟

腐殖酸鈉的磺化改性：在制得的腐殖酸鈉中加入亞硫酸鈉，在水浴鍋中加熱至適當溫度，邊攪拌邊反應，至適當時間后停止反應，冷卻，干燥，然后對其進行成漿性評價及相關分析。以成漿粘度為考察指標。

2.2實驗所需藥品和儀器

本研究所使用的主要藥品是亞硫酸鈉（分析純）和超純水。實驗主要儀器：KDM型電子調溫電熱套、JJ-1型精密定時電動攪拌機、SHB-III型循環水式多用真空泵、天孚牌JT-10架盤藥物天平、FA1004電子天平、恒溫式干燥箱和SNB-1旋轉式粘度計。

2.3單因素實驗

（1）磺化劑用量的影響

固定堿性腐殖酸鹽的量為50g，反應溫度為50℃，磺化劑的濃度為10%，反應2小時，磺化劑加入量分別為0.4g，0.8g，1.2g。在此情況下探討反應物質配料比對產品粘度與產品成漿粘度的影響。

由圖可知，磺化劑用量的增加對成漿粘度帶來的影響基本呈下降趨勢，使粘度降低。在磺化劑用量小于1.2g時，其用量的增加成漿粘度的降低起顯著作用，當用量大于1.2g以后，成漿粘度不再明顯下降，如果磺化劑用量超過1.5g，成漿粘度將不會下降多少，故可以確定磺化劑的用量應在1.2g左右為宜。

（2）反應溫度的影響

固定堿性腐殖酸鹽的量為50g，磺化劑的添加量為1.2g，反應2小時，分別在20℃、40℃，60℃，80℃，100℃的情況下考察了溫度對產品成漿粘度的影響。

由圖可知，反應溫度對產品粘度與成漿粘度的影響是：隨著溫度升高，成漿粘度呈下降趨勢，溫度在低于60℃-80℃時，粘度隨溫度下降較快，溫度高于60℃-80℃時，粘度隨溫度變化較慢，在80℃以上時，粘度基本不再下降，并有上升趨勢，故確定反應的溫度為60℃-80℃。

（3）反應時間的影響

固定堿性腐殖酸鹽的量為50g，反應溫度為60℃，磺化劑的添加量為10%，反應分別0.5h，lh，1.5h，2h，2.5h的情況下考察了溫度對產品成漿粘度的影響。

從上面的實驗結果及圖形，可以得出：反應時間確定在60℃-80℃范圍較好。通過單因素實驗可知，磺化改性的工藝參數影響范圍為：磺化劑的使用量（濃度10%）為1.2g比較適宜，反應溫度為60℃-80℃，反應時間為l.5h左右。

2.3正交實驗設計

在單因素實驗基礎上，采用L9（33）正交實驗設計，固定腐殖酸鹽的量為40g，選擇磺化劑與堿性腐殖酸鹽的質量比為磺化劑用量A（%）、反應時間為B（h）、反應溫度為C（℃），因素選擇的水平見表1。

2.4正交實驗數據與結果

正交實驗以腐殖酸鹽成漿性能為考察指標，隨機進行實驗。數據及處理

結果顯示，反應條件諸因素中對產率影響大小次序為：磺化劑用量>溫度>反應時間，即磺化劑用量是影響產品性能的主要因素，反應時間和溫度對產品性能影響較小。最佳反應條件優組合為：A3C3B1。

3實驗結輪與分析

按正交優選的結果，以最優工藝條件對最佳工藝進行驗證，實驗結果見表2。

表2表明，驗證工藝中腐殖酸收率均處于較高水平，最佳工藝穩定可行。

通過三次驗證實驗，證明優選出的最佳工藝合理可行，其選擇結果是可信的。在單因素實驗的基礎上通過正交實驗得到了對腐殖酸鹽進行磺化改性工藝過程的最佳工藝參數：亞硫酸鈉用量為1.2g，反應溫度為60℃，反應時間為1h。

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