木質(zhì)素的提取及其資源化再利用

白立曉，廉雅斌

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300193）

1 前言

造紙廢液中含有大量的游離堿、硫化物和有機(jī)物，導(dǎo)致黑液堿性大、顏色深、臭味強(qiáng)、泡沫多、并能消耗水中的融解氧。而其中的木質(zhì)素是一種可更新的、其量?jī)H次于纖維素的較豐富的有機(jī)物質(zhì)。如果我們將廢液直接排出，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。

從綜合利用的角度來(lái)說(shuō)，我們可以對(duì)其中的有用成分木質(zhì)素進(jìn)行資源化處理，使其轉(zhuǎn)化成附加值高、產(chǎn)品用量大、價(jià)格低廉的產(chǎn)品。這樣，我們?cè)诜乐刮廴镜耐瑫r(shí)又能制造出良好的經(jīng)濟(jì)效益。開(kāi)發(fā)和利用木質(zhì)素已成為造紙領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究課題。

2 木質(zhì)素的提取

堿性制漿廢液中的木質(zhì)素主要是木質(zhì)素磺酸鹽和堿木質(zhì)素。木質(zhì)素質(zhì)磺酸鹽有極其不均一的結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量，可溶解于各種不同的水溶液中，但不溶于乙醇、丙酮和一般的有機(jī)溶劑。堿木質(zhì)素是一種具有分散、粘合等表面活性的天然高分子物質(zhì)[1]。一般從黑液中提取木質(zhì)素有兩種途徑：其一是蒸煮廢液濃縮后利用，其二是進(jìn)行沉淀分離后再加以利用。

2.1 蒸煮廢液濃縮提取

造紙黑液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮，得到膠粘狀的濃縮物，其固形物含量為30%～40%，可以對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性，采用此方式取得的木質(zhì)素產(chǎn)品，往往純度不高，而且還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品帶糖和發(fā)粘等不良結(jié)果。

2.2 沉淀和過(guò)濾

利用此種方法可制得純度較高的木質(zhì)素。通常采用以下方法：

2.2.1 酸析法

黑液pH值一般在堿性范圍內(nèi)，加酸中和黑液中的堿，可使木質(zhì)素析出。此法關(guān)鍵在于尋求最佳的pH值和溫度，國(guó)內(nèi)一些研究表明，沉淀木質(zhì)素的最佳pH值是2.8，凝聚木質(zhì)素的最佳溫度是75℃。其工藝流程圖如圖1。

圖1

國(guó)內(nèi)一些研究人員也對(duì)一些改進(jìn)措施如除硅－酸析工藝、凝聚－離心－酸析工藝、超濾－酸析工藝等做了有益的探索[2]。

2.2.2 超濾法

由于超濾過(guò)程通常是在較低的溫度下進(jìn)行，沒(méi)有相變化，不需要蒸汽加熱，其設(shè)備投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低，而且比從原黑液直接酸析提取木質(zhì)素節(jié)約酸用量75%。且產(chǎn)品的質(zhì)量亦更佳[3]。

2.2.3 絮凝沉淀法

因?yàn)楹谝褐泻泻芏嗄z體物質(zhì)，因此可以采用加入木質(zhì)素沉淀劑的方法使帶負(fù)電荷的木素微粒由沉淀劑的陽(yáng)離子吸附，從而使膠體的穩(wěn)定性破壞，達(dá)到使木質(zhì)素產(chǎn)品被吸附沉淀的目的[4]。

3 木質(zhì)素的資源化利用

造紙黑液回收的木質(zhì)素有著豐富的來(lái)源，在現(xiàn)在其已經(jīng)成為一種基本的工業(yè)原料，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，下面就木質(zhì)素在工業(yè)的主要應(yīng)用做以下探討。

3.1 用作粘合劑

木質(zhì)素是一種天然高分子化合物，造紙黑液提取的堿木質(zhì)素有良好的粘結(jié)性能，且其長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò)，能使煤粉粘結(jié)成型后強(qiáng)度變大，因此，可作為一種良好的煤粉粘結(jié)劑；木質(zhì)素可以制成廉價(jià)的、不釋放甲醛的粘合劑，在一定程度上彌補(bǔ)了脲醛樹(shù)脂粘合劑的交聯(lián)度大、固化時(shí)粘合層體積收縮等缺點(diǎn)；木質(zhì)素分子中含有大量的苯酚結(jié)構(gòu)單元，特別是愈創(chuàng)木質(zhì)和對(duì)羥苯基的鄰空位有很強(qiáng)的反應(yīng)活性，可以在一定條件下參與苯酚、甲醛的縮合固化反應(yīng)，木質(zhì)素、苯酚、甲醛三種原料按1∶1∶0的比例混合，用苛性鈉催化劑反應(yīng)后，可用來(lái)制為纖維膠合板、鋸末刨花板以及顆粒板、稻殼板的粘合劑，性能良好[5]。

3.2 做分散劑和表面活性劑

木質(zhì)素與其磺酸鹽作為一種陰離子表面活性劑，可以增加礦渣水泥、硅酸鹽水泥等再水中的膠體的穩(wěn)定性。在濕法水泥生產(chǎn)中，在漿料中加入少量木素磺酸鹽，可以大大提高礦漿的流動(dòng)性，而且使其中的水分降低4%～10%，有利于節(jié)約熱能；木質(zhì)素磺酸鹽還可用于循環(huán)冷凝水的緩蝕阻垢劑、除蟲(chóng)殺菌劑的分散劑、燃料的穩(wěn)定劑等。

3.3 用作絮凝劑

木質(zhì)素由于其具有巨大的網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，而且含有多種極性和非極性官能團(tuán)，量最多的是酚羥基和游離羥基，而這些官能團(tuán)帶負(fù)電性，因此木質(zhì)素是一種陰離子型的高分子絮凝劑，而其大分子的官能團(tuán)在木質(zhì)素地絮凝過(guò)程中易形成化學(xué)鍵，從而促進(jìn)對(duì)溶解狀有機(jī)物的吸附和對(duì)膠體、懸浮顆粒的網(wǎng)捕。如木素磺酸鹽，具有磺酸基、羥基等活性基團(tuán)，可以捕集廢水中的一些陽(yáng)離子基團(tuán)合重金屬離子，因此，木質(zhì)素磺酸鹽溶液可以處理一些電鍍廢水、季銨鹽廢水等。張芝蘭等[6]依據(jù)靜電吸引與電性中和作用及憎水卷掃合網(wǎng)捕沉降的機(jī)理，用草類(lèi)木質(zhì)素處理味精廢水，取得了良好的效果。

木質(zhì)素分子中所含有大量的活性基團(tuán)，可以發(fā)生氧化、還原、磺甲基化、烷基化等改性反應(yīng)。我們據(jù)此來(lái)為木質(zhì)素分子引進(jìn)具有絮凝作用的官能團(tuán)。改性后的木質(zhì)素使用范圍更廣，而且對(duì)于不同類(lèi)型的廢水具有獨(dú)特的絮凝作用。如祝萬(wàn)鵬等[6]先用溶劑溶解木質(zhì)素，再加入甲醛和胺組分及強(qiáng)酸催化劑于30～120℃溫度下進(jìn)行Manich縮合反應(yīng)，這樣可為木質(zhì)素大分子中嵌接銨鹽集團(tuán)，而后加入烷基化試劑，在40～100℃下，進(jìn)行烷基化反應(yīng)，減壓蒸餾分離所制得的季銨鹽陽(yáng)離子絮凝劑產(chǎn)品可應(yīng)用于染料廢水、印染廢水的處理中，取得了很好的脫色和去除效果，而且成本低廉，運(yùn)行簡(jiǎn)單。

就目前來(lái)看，如何有效地提高木質(zhì)素類(lèi)絮凝劑自身的化學(xué)穩(wěn)定性和開(kāi)發(fā)多功能的木質(zhì)素類(lèi)絮凝劑產(chǎn)品，是當(dāng)今亟待解決的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

木質(zhì)素除了可以很好的應(yīng)用于上述幾種產(chǎn)品外，還可應(yīng)用于很多其他領(lǐng)域，如在塑料產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用等，而且，木質(zhì)素現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如制成木質(zhì)素氮肥、磷肥等，還可用作植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和農(nóng)藥緩釋劑、飼料添加劑等?？傊_(kāi)發(fā)出新的木質(zhì)素產(chǎn)品，對(duì)保護(hù)環(huán)境，提高對(duì)再生性資源的利用率以及促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展有著非常重要的意義。

［1］文志軍，張安龍.堿法制漿黑液中木素的綜合應(yīng)用新進(jìn)展[J].西南造紙,2002（1）：14-15.

［2］朱壽齡，王愛(ài)全.木質(zhì)素的提取及應(yīng)用[J].河南職技師院學(xué)報(bào).1994，22（4）：24-26.

［3］李仲民，童張法.超濾法回收造紙黑液中木質(zhì)素的研究[J].廣西大許化工學(xué)院.

［4］黎載波，王國(guó)慶.木質(zhì)素絮凝劑的研究進(jìn)展[J].精細(xì)與專(zhuān)用化學(xué)品.2002（23）：17-19.

［5］王曉平.關(guān)于制漿造紙廠(chǎng)廢液中木質(zhì)素在工業(yè)上的應(yīng)用探討.皖西學(xué)院學(xué)報(bào)[J].2003，19（5）：134-137.

［6］王劍波，隋智慧.木質(zhì)素的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].皮革化工,2003(1):9-11.