[发明专利]一种利用亚硫酸钠芦苇制浆黑液生产木质素磺酸钠的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种木质素磺酸钠的制备方法，属于混凝土外加剂的制备领域。

背景技术

作为地球上最丰富的可再生资源之一，木质素广泛存在于种子植物中，与纤维素和半纤维素构成植物的基本骨架。木质素在自然界中存在的数量非常庞大，估计每年全世界由植物生长可产生1500亿吨木质素，其中制浆造纸工业的蒸煮废液中产生的工业木质素有3000万吨。人类利用纤维素已有几千年的历史，而真正开始研究木质素则是1930年以后的事了，而且仅限于亚硫酸盐法制浆废液，其主要用在混凝土外加剂领域。1935年美国Seripture等研制出一种以木质素磺酸盐为主要成分的减水剂来改善混凝土的和易性，并提高混凝土的强度和耐久性。日本于20世纪50年代引进美国技术，生产了以Pozzlith为代表的混凝土减水剂，进而极大推动了亚硫酸盐法制浆废液和木质素磺酸盐的开发和应用。我国也于20世纪50年代开始研究亚硫酸盐法制浆废液，70年代开始对开山屯化学纤维浆厂的酸法制浆废液进行了在混凝土方面的应用和理论研究，并在全国进行大规模的推广应用。目前，我国的制浆造纸工业以碱法和硫酸盐法制浆为主，有些大型的制浆造纸企业可以通过碱回收技术将制浆黑液燃烧后回收碱液来消除制浆黑液的污染，但是该方法会造成木质素资源的巨大浪费。而中小型制浆造纸厂则将制浆黑液直接排放，进而造成严重的环境污染。因此木质素至今还没有得到很好的利用，我国仅约6％的木质素得到利用。如何有效的利用好木质素这种可再生资源，提高其附加值，并解决环境污染问题已成为各位科研工作者研究的出发点。

混凝土技术的发展极大推动了混凝土外加剂的发展，因为外加剂在混凝土中的应用，对提高混凝土地强度、和易性、耐久性以及降低生产成本产生了十分明显的作用，已成为现代混凝土必不可少的组分之一，而减水剂是应用面最广、使用量最大的一种外加剂，其中木质素磺酸盐又是使用最普遍的高效减水剂之一。因此将制浆黑液制成木质素磺酸盐，并将其用作混凝土减水剂仍是今后研究的热点之一。

目前，国内外已得到利用的木质素多数是木质素的磺酸盐形式，因此，制浆黑液中的木质素要得以利用作为混凝土减水剂，则必须要对其进行磺化等化学改性。在木质素的磺化研究方面，国内外已有相关的文献报道。美国Dilling Peter先将木质素羟基钠甲基化，然后利用SO2磺化制备出低含盐量的木质素磺酸钠，他还利用浓硫酸磺化木质素以制取水溶性的木质素磺酸盐。此外，他还以木质素为原料，将浓硫酸与30％SO3混合物作为磺化剂来制备水溶性的木质素磺酸盐。芬兰的Forss Bengt利用超滤技术将亚硫酸钠法制浆的蒸煮黑液分级后，用作混凝土外加剂。日本的Ishitoku Hideaki等将制浆黑液酸化、沉淀分离出木质素后，以甲醛为交联剂，以Na2SO3为磺化剂来制备木质素磺酸钠。我国的科研工作者在木质素的磺化方面也做了一些研究，杨问波等利用造纸制浆反应设备，加入氢氧化钠、亚硫酸钠、甲醛、蒽醌以及硫化钠等改性剂制得液体或固体混凝土减水剂。穆环珍等取云南省新平造纸厂碱法蔗渣制浆黑液回收的木质素，加入氢氧化钠溶液使之溶解，再加入亚硫酸钠磺化剂，并用FeCl3或CuSO4作催化剂制备磺化木质素产品。喻真英利用酸化法从湘潭县造纸厂制浆造纸黑液中回收木质素后，以亚硫酸钠为在高温高压下制取木质素磺酸钠溶液。目前，木质素的磺化改性存在以下几个问题：(1)采用一般的高温磺化法，即将木质素与亚硫酸钠在150℃～200℃的条件下反应，这种方式因条件苛刻，对工业化应用难度较大。(2)若采用浓硫酸或发烟硫酸在低温下磺化，磺化产品的得率会受影响，而且工艺条件苛刻，也不利于产业化。(3)在氧化剂的作用下，以亚硫酸钠为磺化剂，在低温下进行碱木质素的自由基磺化反应，工艺简单可行，但在实际的制浆黑液中因其成分复杂，磺化效率不会令人满意。中国知识产权局于2005年12月7号公开发明专利，专利申请号200410044834.9，公开号CN1704372，本发明公开了一种利用制浆黑液制备木质素磺酸钠减水剂的方法，其制备工艺步骤如下：用浓缩器将制浆稀黑液浓缩至固含量为30～60％的浓黑液后，将浓黑液泵送入反应器中，加入酸性调节剂将反应体系的PH值调至10.5～13.5，然后加入质量分数为0.05～2.5％的催化剂和1.5～20.0％磺化剂，在80～120℃的反应温度下反应1～6h后，加入计算量的添加剂，反应0.5～3.0h后降温出料，产品为棕褐色液体，通过喷雾干燥后即得固体粉剂，产品的性能指标符合GB8076～1997标准中缓凝减水剂的一等品性能指标，而且，本发明产品的整个生产过程无“三废”排放，并解决了制浆造纸厂的黑液污染问题，因此本制备工艺是一个清洁化、环境友好工艺；但是本发明存在一下问题：1. 先进行木素的纯化过程，再进行改性，工艺流程长，设备复杂，成本高。2.黑夜浓缩设备需大量投资，一万吨规模计，浓缩装置为500～600万元，成本比较高。3.杂质含量高，需加入糖液调节性能，需加入无机酸或有机酸调节酸碱度，容易产生二次污染，且工艺步骤比较复杂。