木质素的提取及其资源化再利用

白立晓，廉雅斌

（天津市化工设计院，天津 300193）

1 前言

造纸废液中含有大量的游离碱、硫化物和有机物，导致黑液碱性大、颜色深、臭味强、泡沫多、并能消耗水中的融解氧。而其中的木质素是一种可更新的、其量仅次于纤维素的较丰富的有机物质。如果我们将废液直接排出，既浪费资源又污染环境。

从综合利用的角度来说，我们可以对其中的有用成分木质素进行资源化处理，使其转化成附加值高、产品用量大、价格低廉的产品。这样，我们在防止污染的同时又能制造出良好的经济效益。开发和利用木质素已成为造纸领域的一项重要研究课题。

2 木质素的提取

碱性制浆废液中的木质素主要是木质素磺酸盐和碱木质素。木质素质磺酸盐有极其不均一的结构和相对分子质量，可溶解于各种不同的水溶液中，但不溶于乙醇、丙酮和一般的有机溶剂。碱木质素是一种具有分散、粘合等表面活性的天然高分子物质[1]。一般从黑液中提取木质素有两种途径：其一是蒸煮废液浓缩后利用，其二是进行沉淀分离后再加以利用。

2.1 蒸煮废液浓缩提取

造纸黑液经过蒸发浓缩，得到胶粘状的浓缩物，其固形物含量为30%～40%，可以对其进行化学改性，采用此方式取得的木质素产品，往往纯度不高，而且还会导致产品带糖和发粘等不良结果。

2.2 沉淀和过滤

利用此种方法可制得纯度较高的木质素。通常采用以下方法：

2.2.1 酸析法

黑液pH值一般在碱性范围内，加酸中和黑液中的碱，可使木质素析出。此法关键在于寻求最佳的pH值和温度，国内一些研究表明，沉淀木质素的最佳pH值是2.8，凝聚木质素的最佳温度是75℃。其工艺流程图如图1。

图1

国内一些研究人员也对一些改进措施如除硅－酸析工艺、凝聚－离心－酸析工艺、超滤－酸析工艺等做了有益的探索[2]。

2.2.2 超滤法

由于超滤过程通常是在较低的温度下进行，没有相变化，不需要蒸汽加热，其设备投资和运转费用较低，而且比从原黑液直接酸析提取木质素节约酸用量75%。且产品的质量亦更佳[3]。

2.2.3 絮凝沉淀法

因为黑液中含有很多胶体物质，因此可以采用加入木质素沉淀剂的方法使带负电荷的木素微粒由沉淀剂的阳离子吸附，从而使胶体的稳定性破坏，达到使木质素产品被吸附沉淀的目的[4]。

3 木质素的资源化利用

造纸黑液回收的木质素有着丰富的来源，在现在其已经成为一种基本的工业原料，在工业和农业等领域有着广泛的应用前景，下面就木质素在工业的主要应用做以下探讨。

3.1 用作粘合剂

木质素是一种天然高分子化合物，造纸黑液提取的碱木质素有良好的粘结性能，且其长链结构相互交错，能使煤粉粘结成型后强度变大，因此，可作为一种良好的煤粉粘结剂；木质素可以制成廉价的、不释放甲醛的粘合剂，在一定程度上弥补了脲醛树脂粘合剂的交联度大、固化时粘合层体积收缩等缺点；木质素分子中含有大量的苯酚结构单元，特别是愈创木质和对羟苯基的邻空位有很强的反应活性，可以在一定条件下参与苯酚、甲醛的缩合固化反应，木质素、苯酚、甲醛三种原料按1∶1∶0的比例混合，用苛性钠催化剂反应后，可用来制为纤维胶合板、锯末刨花板以及颗粒板、稻壳板的粘合剂，性能良好[5]。

3.2 做分散剂和表面活性剂

木质素与其磺酸盐作为一种阴离子表面活性剂，可以增加矿渣水泥、硅酸盐水泥等再水中的胶体的稳定性。在湿法水泥生产中，在浆料中加入少量木素磺酸盐，可以大大提高矿浆的流动性，而且使其中的水分降低4%～10%，有利于节约热能；木质素磺酸盐还可用于循环冷凝水的缓蚀阻垢剂、除虫杀菌剂的分散剂、燃料的稳定剂等。

3.3 用作絮凝剂

木质素由于其具有巨大的网状空间结构，而且含有多种极性和非极性官能团，量最多的是酚羟基和游离羟基，而这些官能团带负电性，因此木质素是一种阴离子型的高分子絮凝剂，而其大分子的官能团在木质素地絮凝过程中易形成化学键，从而促进对溶解状有机物的吸附和对胶体、悬浮颗粒的网捕。如木素磺酸盐，具有磺酸基、羟基等活性基团，可以捕集废水中的一些阳离子基团合重金属离子，因此，木质素磺酸盐溶液可以处理一些电镀废水、季铵盐废水等。张芝兰等[6]依据静电吸引与电性中和作用及憎水卷扫合网捕沉降的机理，用草类木质素处理味精废水，取得了良好的效果。

木质素分子中所含有大量的活性基团，可以发生氧化、还原、磺甲基化、烷基化等改性反应。我们据此来为木质素分子引进具有絮凝作用的官能团。改性后的木质素使用范围更广，而且对于不同类型的废水具有独特的絮凝作用。如祝万鹏等[6]先用溶剂溶解木质素，再加入甲醛和胺组分及强酸催化剂于30～120℃温度下进行Manich缩合反应，这样可为木质素大分子中嵌接铵盐集团，而后加入烷基化试剂，在40～100℃下，进行烷基化反应，减压蒸馏分离所制得的季铵盐阳离子絮凝剂产品可应用于染料废水、印染废水的处理中，取得了很好的脱色和去除效果，而且成本低廉，运行简单。

就目前来看，如何有效地提高木质素类絮凝剂自身的化学稳定性和开发多功能的木质素类絮凝剂产品，是当今亟待解决的问题。

4 结语

木质素除了可以很好的应用于上述几种产品外，还可应用于很多其他领域，如在塑料产品生产中的应用等，而且，木质素现在已经被广泛应用于农业生产中，如制成木质素氮肥、磷肥等，还可用作植物生长调节剂和农药缓释剂、饲料添加剂等。总之，开发出新的木质素产品，对保护环境，提高对再生性资源的利用率以及促进生产发展有着非常重要的意义。

［1］文志军，张安龙.碱法制浆黑液中木素的综合应用新进展[J].西南造纸,2002（1）：14-15.

［2］朱寿龄，王爱全.木质素的提取及应用[J].河南职技师院学报.1994，22（4）：24-26.

［3］李仲民，童张法.超滤法回收造纸黑液中木质素的研究[J].广西大许化工学院.

［4］黎载波，王国庆.木质素絮凝剂的研究进展[J].精细与专用化学品.2002（23）：17-19.

［5］王晓平.关于制浆造纸厂废液中木质素在工业上的应用探讨.皖西学院学报[J].2003，19（5）：134-137.

［6］王剑波，隋智慧.木质素的应用研究进展[J].皮革化工,2003(1):9-11.