造紙廢渣中木質(zhì)素的接枝改性

奚 強(qiáng),汪 翔,劉 裴,包新中,盧洪宇

(1.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢格瑞林建材科技股份有限公司，湖北 武漢430070)

0 引 言

制漿造紙廢液廢渣中含有大量的木質(zhì)素，如不加以回收利用，不僅浪費(fèi)資源，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染危害[1].國內(nèi)對造紙廢液的污染治理技術(shù)研究得較多，對造紙廢渣大部分只采取簡單的堆放、填埋或焚燒[2].因此，如何利用造紙廢渣中大量的木質(zhì)素資源生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用具有非常重要的意義.

木質(zhì)素的基本結(jié)構(gòu)單元為苯丙烷基，具有較好的表面活性和分散性[3]，但若直接作為減水劑使用，因減水率低、分散性不足而不能達(dá)到減水劑的國家標(biāo)準(zhǔn). 因此，按照減水劑的作用機(jī)理，以湖北省某造紙廠的造紙廢渣為研究對象，對提取的木質(zhì)素進(jìn)行接枝改性[4]，增加側(cè)鏈以及極性基團(tuán)的數(shù)量，使其具有更好的位阻作用和靜電作用，從而改善木質(zhì)素的性能.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

NJ-160水泥凈漿攪拌機(jī),無錫市錫鼎建工儀器廠生產(chǎn).

所用試劑均為分析純，由上?；瘜W(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；湖北省某造紙廠造紙廢渣；市售華新水泥；SP010聚羧酸高性能減水劑,武漢格瑞林建材科技股份有限公司生產(chǎn).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 木質(zhì)素的提取 按文獻(xiàn)[5]進(jìn)行.

1.2.2 木質(zhì)素與丙烯酰胺接枝共聚反應(yīng) 按一定比例將木質(zhì)素、蒸餾水和適量1.0 mol/L NaOH溶液加入三口瓶中，攪拌使木質(zhì)素溶解，然后加入定量配比的丙烯酰胺單體，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌使木質(zhì)素與單體勻化，之后加入一定量的過硫酸鉀，繼續(xù)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后測定固含量，按照固含量計算減水劑摻量，進(jìn)行混凝土性能測試.

1.2.3 性能測試 凈漿流動度測試按GB 8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》對產(chǎn)品進(jìn)行凈漿流動度測試；

混凝土性能試驗(yàn)按GB 8076-2008《混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行混凝土性能測試.

2 結(jié)果與討論

以木質(zhì)素與水的質(zhì)量比為1∶30、單體濃度為1.5 mol·L-1、過硫酸鉀引發(fā)劑用量為2.0×10-2mol·L-1、反應(yīng)溫度為70 ℃、反應(yīng)時間3 h為條件，研究丙烯酰胺與木質(zhì)素接枝反應(yīng)中各因素對凈漿流動度的影響.凈漿流動度測試條件為：摻量為0.4%(折固)、水灰比為29%、華新水泥.

2.1 影響凈漿流動度的因素

2.1.1 單體濃度對凈漿流動度的影響 單體濃度對凈漿流動度的影響結(jié)果如圖1所示.單體濃度在0.5至1.5 mol·L-1范圍內(nèi)，木質(zhì)素接枝產(chǎn)物凈漿流動度呈上升趨勢，其后繼續(xù)增加單體用量，凈漿流動度呈現(xiàn)下降趨勢.這是因?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)，單體濃度逐步增大時，增加了反應(yīng)過程中木質(zhì)素自由基與丙烯酰胺碰撞機(jī)會，生成具有較長支鏈的木質(zhì)素接枝產(chǎn)品，增加了水泥顆粒之間的空間位阻作用，進(jìn)而增大了凈漿流動度;當(dāng)單體濃度繼續(xù)增大到一定值以后，由于單體均聚，生成的聚丙烯酰胺起到了增稠作用導(dǎo)致凈漿流動度減小.研究結(jié)果表明，單體用量以1.5 mol·L-1為宜.

圖1 單體濃度對凈漿流動度的影響

2.1.2 引發(fā)劑用量對凈漿流動度的影響 圖2表明，當(dāng)引發(fā)劑濃度小于1.5 ×10-2mol·L-1時，凈漿流動度增幅不大，而后隨引發(fā)劑濃度增加，凈漿流動度大幅增加，當(dāng)引發(fā)劑濃度增至2.0×10-2mol·L-1后，凈漿流動度趨于平穩(wěn).這是因?yàn)?，引發(fā)劑濃度增加會產(chǎn)生更多的自由基，木質(zhì)素較容易與丙烯酰胺發(fā)生接枝反應(yīng)，但是當(dāng)引發(fā)劑增至一定濃度后，可能使丙烯酰胺自聚速度加快，進(jìn)而影響接枝效率.研究結(jié)果表表明，引發(fā)劑濃度以2.0×10-2mol·L-1為宜.

圖2 引發(fā)劑濃度對凈漿流動度的影響

2.1.3 反應(yīng)溫度對凈漿流動度的影響 由圖3可知，在較低溫度范圍內(nèi)，凈漿流動度增加比較緩慢，隨著溫度升高，反應(yīng)體系內(nèi)的活化能增大，使接枝反應(yīng)進(jìn)行，凈漿流動度增大，進(jìn)一步提高反應(yīng)溫度，凈漿流動度值呈現(xiàn)下降趨勢.由此可見，提高反應(yīng)溫度可使自由基向單體轉(zhuǎn)移，對接枝反應(yīng)不利.研究表明，70 ℃左右為最佳反應(yīng)溫度.

2.1.4 反應(yīng)時間對凈漿流動度的影響 從圖4可知，隨著反應(yīng)時間的延長，凈漿流動度呈現(xiàn)迅速增加的趨勢，至3 h以后趨于穩(wěn)定.所以反應(yīng)時間選擇3 h.

圖3 反應(yīng)溫度對凈漿流動度的影響

圖4 反應(yīng)時間對凈漿流動度的影響

2.5 混凝土性能測試

參照GB8076-2008《混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行混凝土性能測試.結(jié)果如表1、2所示.

表1 減水劑主要指標(biāo)測試結(jié)果

由表1、2測試結(jié)果可知，木質(zhì)素改性減水劑能夠達(dá)到普通減水劑的國家標(biāo)準(zhǔn)；并且在與聚羧酸減水劑(表中SP010，武漢格瑞林公司提供)配合應(yīng)用于C30商砼時，不僅能夠減少SP010的使用量，而且起到了增加減水率以及緩凝的作用.

表2 改性木質(zhì)素減水劑與聚羧酸高性能減水劑在C30商砼中的復(fù)配使用性能

注：1.高性能聚羧酸減水劑(SP010)由武漢格瑞林建材科技股份有限公司提供;2.LAG為實(shí)驗(yàn)中制備的木質(zhì)素丙烯酰胺接枝產(chǎn)品．

3 結(jié) 語

通過對造紙廢渣的處理，以及對提取的木質(zhì)素進(jìn)行接枝改性，產(chǎn)品的減水性能比一般磺化產(chǎn)品的減水性能優(yōu)越，且能與聚羧酸減水劑進(jìn)行有效復(fù)配，在低等級混凝土中，可以降低聚羧酸減水劑的成本，經(jīng)檢測各項(xiàng)主要指標(biāo)達(dá)到普通減水劑的國家標(biāo)準(zhǔn).此工藝簡單，操作方便，易于工業(yè)化 生產(chǎn)，不但可以解決造紙廢渣的二次污染問題，變廢為寶，同時又能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造效益，一舉兩得.

參考文獻(xiàn)：

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[5]李淑勉.造紙污泥中木質(zhì)素的提取及其改性研究[J].環(huán)境工程,2006,24(2):62-63.