改性木质素磺酸盐的研究进展

翁彩珠 巨 敏 刘军海

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中，712003）

改性木质素磺酸盐的研究进展

翁彩珠 巨 敏 刘军海

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中，712003）

综述了改性木质素磺酸盐的性质及其在工业应用方面的研究进展，重点分析了各自优缺点，探讨了其今后的发展方向，并展望了其今后的发展前景。

改性 木质素磺酸盐 综述

前言

我国造纸工业发达，而造纸废水的黑液是环境主要的污染源，约占整个造纸工业污染的90%[1]。加强对造纸废液中的某些物质综合利用，不仅可以缓解资源危机的压力，还可避免其对环境的污染，尤其是制浆造纸的黑液的处理及综合利用备受关注。造纸黑液中大量的木质素若加以综合利用，既充分利用了废弃资源，又减少了对环境的污染。如木质素磺酸盐具有减水作用、絮凝、降黏等特点，在工业上具有广泛的用途。但是其本身也存在一些问题，如引气过大，相对分子量小等，使得效果并不明显。因此，需对木质素磺酸盐进行改性，弥补其自身的不足，赋予一些新的性能，可进一步扩大其应用领域。本文综述了改性木质素磺酸盐的研究进展，以期为木质素的开发利用提供参考。

1 改性木质素在工业中的应用

1.1 木质素磺酸钠

木质素磺酸钠是木浆与二氯化硫水溶液和亚硫酸盐反应产物，具有C3-C6的疏水骨架、磺酸和其它亲水性基团结构，因而属阴离子表面活性剂。木质素磺酸钠有很强的分散性，能吸附在各种固体质点的表面上，可进行金属离子交换作用，也因为其组织结构上存在各种活性基，因而能产生缩合作用或与其他化合物发生氢键作用。但是木质素磺酸钠的作用不明显，对木质素磺酸钠进行适当的改性，可有效改善其应用性能。

木质素磺酸钠是一种常见的减水剂，通过对其进行化学改性，可以提高减水率，同时改善木质素磺酸钠在混凝土应用过程中强度偏低的缺点。李荣杰等[2]以玉米芯、玉米芯酸解渣、甘蔗渣或玉米秸秆经过碱煮产生的黑液为原料，经过粗过滤、超滤膜浓缩、磺化和喷雾干燥，制备出低含水量的木质素磺酸钠减水剂。李高宁等[3]用H2O2和HCHO对木质素进行氧化、磺化改性。产品各项主要指标达到了普通减水剂的国家标准。且其工艺简单、操作方便、易于控制、在常压下就能完成。王哲等[4]研究不同的氧化条件对木质素磺酸钠影响，结果表明在酸性和较高的过氧化氢的条件下，可使改性木质素磺酸钠的减水效果明显提高。

通过改性的木质素磺酸钠可广泛应用于木材改性及外墙涂料等方面，乳液成膜均匀、耐水性好，性能优异。如徐春丽等[5]利用木质素磺酸钠和聚乙二醇作为表面活性剂取代传统的乳化剂OP-10和十二烷基硫酸钠，成功制备了丙烯酸酯乳液。该乳液是木质素磺酸钠与丙烯酸酯单体的接枝共聚产物，基本结构与纯丙烯酸乳液结构相似，且稳定性好、粒径分布均匀，平均粒径为200～600 nm。

此外，木质素磺酸钠改性还可使[5]水煤浆的分散降黏能力显著提高，优于常用的萘系分散剂等。

1.2 木质素磺酸镁

木质素磺酸镁（木镁）属阴离子表面活性物质，具有引气减水作用、良好的水溶性、强的黏结力等性能。木质素磺酸镁可复合改性，进一步深加工成不同用途的产品。木质素磺酸镁的起泡性能和减水分散性能较低，但随着相对分子质量的增大，其减水分散性能增强，对其进行改性可以增强其减水分散性，但是水泥净浆凝结时间却延长了，砂浆抗压强度也降低了[7]。王宏伟[8]研究发现，改性木质素磺酸镁的用水量降低了、凝结时间比原先的缩短且抗压强度明显增强。杨东杰等[9]采用超滤法将木质素磺酸镁分离成不同分子量的级份，研究其结构特性和表面物化性能，为其应用和改性提供了基础数据。

目前，改性木质素磺酸镁原料多采用钛白粉，价格较高，所以改性成本高，造成这方面的应用受到一定程度限制，相关研究也不是很多。但是，其高效性、节水性等优异性能应引起我们的重视，加大对木质素磺酸镁的研究，以降低其生产成本，将是今后的发展方向之一。

1.3 木质素磺酸钙

木质素磺酸钙（木钙）是一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，具有很强的分散性、黏结性、螯合性，广泛用作水泥减水剂、农药悬浮剂、水煤浆分散剂等。

木质素磺酸钙可应用于普通的减水剂，但是在较高强度混凝土则是达不到要求的。由于其本身引气孔过大、缓凝，很难成为高效减水剂。通过对木质素磺酸钙进行改性，增加分子链，减水性能得到很大的提高。如贾陆军等[10]将木质素磺酸钙表面与丙烯酸、马来酸酐合成接枝改性木质素磺酸盐减水剂。结果表明，改性木钙对水泥颗粒的分散作用、减水作用能力提高。大大增强了水泥净浆的抗压强度，缩短凝结时间，降低有害气孔率。

雷永林等[11]合成了新型改性木质素磺酸钙高效减水剂。结果表明，新型改性木质素磺酸钙解决了本身的引气过大、缓凝的缺点，且对水泥分散能力和减水效果也增强了。

此外，木质素磺酸钙还可以与其他物质反应而获得更多广泛的应用，如制备低毒低游离醛和低成本的环保型木质素磺酸钙基PF胶[12]。

1.4 其它木质素磺酸盐

随着研究工作的深入，其他一些木质素磺酸盐的应用不断被开发出来。如将木质素磺酸盐与丙烯酰胺接枝共聚得到的改性木质素磺酸盐，可用于工业废水中镉、镍、铜等的絮凝处理，具有较好的絮凝效果，是一种高分子絮凝剂，达到了“以废治废”的经济效果[13-15]。

此外，木质素磺酸盐还可以作为缓蚀剂，抑制金属腐蚀；作为活性剂，降低油-水界面张力；作为固沙剂，达到防沙治沙的目的。

2 展望

改性木质素磺酸盐性能优异，应用潜力巨大，吸引着越来越多的研究者介入此方面的工作。面对当今严峻的资源短缺，木质素磺酸盐改性的研究对我国低碳经济和绿色化可持续发展具有重大意义。

木质素磺酸盐在用作减水剂这方面目前研究最多的，科研人员的深入研究的同时，需注重对产品的开发推广工作，以实现规模化的工业生产。实验研究方面，还要加大改性工艺的优化研究，以降低改性成本，同时加大应用性研究，以拓展其更广泛的应用。造纸黑液中不仅有木质素磺酸盐，还有羟基低分子量有机酸、树脂酸等有用成份，所以在研究改性木质素磺酸盐的过程中，要注意对造纸黑液的综合开发，最大程度的减少其对环境的污染。相信随着研究工作的不断开展，有关木质素磺酸盐的研究必将取得更多可喜的成果。

[1]谭万春,李芬,王云波等.超临界水氧化法处理造纸黑液研究[J].水处理技术2010,36(12):77-79,97

[2]李荣杰,薛培俭,邓远德等.木质素磺酸钠减水剂的制备方法[J].中国专利:CN101759856A,2010-6-30.

[3]李高宁,刘丽丽,张恒等.改性木质素磺酸盐减水剂的合成[J].应用化工2010,39(10):1454--1456,1461

[4]王哲,李忠正,高鸿海.改性木质素磺酸钠的混凝土减水性能及其结构特性[J].中华纸业.2007,28(11):63-65.

[5]徐春利,郭红霞,谭惠芬等.木质素磺酸钠改性丙烯酸酯乳液的制备及其性能研究[J].新型建筑材料2010,(2):82-85

[6]胡文莉,王玥,邱学青等.改性木质素磺酸钠对水煤浆成浆性能的影响[J].煤炭科技技术.2009,37(12):107-112.

[7]付尽国,杨东杰,张智等.不同相对分子质量的蔗渣木质素磺酸镁对水泥砂浆性能的影响[J].新型建筑材料,2008,11:1-4

[8]王宏伟.改性木质素磺酸镁的应用试验[J].建筑科技与技术,2005,3:5-6.

[9]杨东杰,杜艳刚,付尽国等.蔗渣木质素磺酸镁的结构特征及表面物化性能 [J].化工学报,2010,61(7):1859-1865.

[10]贾陆军,王海滨,霍冀川等.接枝改性木质素磺酸钙的制备及应用 [J].中国造纸学报.2009,24(3):112-115.

[11]雷永林,贾陆军,霍冀川等.新型改性木质素磺酸钙高效减水剂的制备及构效关系研究[J].中国造纸学报,2010,25(1):27-31.

[12]方红霞,吴强林,张雷.液化木质素磺酸钙基环保酚醛胶黏剂的合成[J].林产化学与工业,2009,29(4):92-95.

[13]李爱阳,彭晖冰,唐有根.改性木质素磺酸盐絮凝处理含镍废水的研究 [J]环境科与技术.2008,31(11):106-108.

[14]李爱阳,李大森,蔡玲等.丙烯酰胺改性木质素磺酸盐处理含铜废水的研究 [J].黄金,2008,29(8):51-54.

[15]李爱阳,李大森,李安伍.改性木质素磺酸盐处理.31.

2011－3－28

环境保护