[发明专利]以木素热化学降解酚类产物为原料制备表面活性剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及木素改性领域，具体涉及以木素热化学降解酚类产物为原料制备表面活性剂的方法。

背景技术

近年来，随着煤炭、石油、天然气等不可再生化石资源总量的不断减少，新能源的开发和利用已经成为人类目前研究的热点，而生物质能作为太阳能的一种重要表现形式，取之不尽用之不竭，具有可再生、低污染、广分布、储量大等优点，是解决未来能源危机最有潜力的途径之一。

当前生产表面活性剂的原料主要有以下两大类：一是矿物质的化石资源，二是可再生的生物质资源。就目前而言，前者中石油类原料是最主要的，其次是脂肪酸盐类。煤、石油、天然气等化石资源不可再生，而且会产生环境污染问题。鉴于此，生物质资源是目前被认为替代化石资源为原料生产表面活性剂的最佳选择。而在生物质资源中，木素又是不可忽略的重要部分，但目前对木素的综合利用率并不高，因其为大分子结构，限制了活性基团的作用，并且废弃后又增加对环境的压力。

工业木素作为造纸工业和木材水解工业以及生物质炼制工业的副产物，由于其来源丰富，且是天然可再生的资源，它的应用越来越受到人们的关注。木素及其衍生物在工业上的应用，其实大都与表面活性有关，例如，作为分散剂、螯合剂、乳化剂等。木素原料价格低廉、无毒，而且具有一定的生物可降解性，因此在诸多的表面活性剂原料中具有较强的竞争力，但由于性能还不够理想，使得其应用受到限制。因此，对木素进行适当的改性，使其更能满足工业生产的需要，具有重要的意义。

谌凡更等在《麦草的催化热化学液化研究》（纤维素科学与技术.2002,10(2): 25~31）一文中指出，木素组分在含羟基液体介质、催化剂存在的条件下液化降解，可以生成一系列单体、二聚体和多聚体，Kuroda等的研究（J.Anal Appl.Pyrolysis,1990,18(3):59~69）也得到了相似的结论，而且指出产物中以酚类物质居多。而酚羟基是非常重要的反应性基团，因此，木素的液化处理对于后续的改性及应用都具有非常积极的意义。

发明内容

针对上述相关技术存在的缺陷和不足，本发明提供以木素热化学降解酚类产物为原料制备表面活性剂的方法。该方法制备的表面活性剂水溶性好、表面活性较强，可作为一般用途的表面活性剂或者二次纤维脱墨剂组分之一。

本发明目的通过如下技术方案实现：

（1）按3:1～5:1的液固比，用溶剂将木素原料分散，加入质量相当于木素原料质量0.5%～5%的催化剂，在150℃～350℃下反应1.5h～4.5h，得到液化后的混合液；所述液固比为溶剂的体积与木素绝干质量的比值；所述溶剂为高沸点醇，催化剂为酸性金属盐催化剂；

（2）将液化后的混合液加入到提取溶剂中，混合液中的液化产物沉淀析出或被萃取到提取溶剂中，然后进行分离提纯，得到液化木素产物；

若以沉淀形式析出液化产物，去除上层清液，将下层沉淀用提取溶剂洗涤，干燥，得到提纯后的液化木素产物；若液化产物被萃取到提取溶剂中，取含有液化产物的上层液体相，蒸馏去除溶剂，取剩余的固体液化产物，干燥，得到提纯后的液化木素产物；

（3）将提纯后的液化木素产物与溶剂混合后，加入浓度为50g/L～125g/L的NaOH溶液10ml～30ml，充分搅拌；然后加入改性试剂进行改性反应，其中改性试剂与已加NaOH溶液中NaOH的摩尔比为0.5:1～2.5:1，改性温度控制在40℃～90℃，改性时间为1h～6h即得到改性产物；反应过程中保持均匀搅拌；所述溶剂为水或者有机溶剂；每100ml溶剂中溶解1g～50g液化木素产物；

（4）改性完成后向改性产物中加入沉淀试剂得到沉淀产物，将沉淀产物滤出并纯化，得到木素改性表面活性剂；所述沉淀试剂为无机酸或有机溶剂。

步骤（1）所述木素原料为从造纸厂制浆工艺蒸煮废液中提取得到的工业木素、化学机械法制浆化学预处理段废水中提取得到的木素，生物质炼制或者木材水解工艺过程中从废液中提取得到的木素。

步骤（1）所述高沸点醇为丙三醇、乙二醇、异丙醇或苯酚；所述酸性金属盐催化剂为硫化亚铁、硅酸铝、硫酸铁、氯化铝或硅钨酸。

步骤（2）所述提取溶剂为乙醇、丙酮、乙醚或二氧六环水溶液。

步骤（3）所述有机溶剂为异丙醇、丙酮、乙醚或二氧六环。

步骤（4）所述改性试剂包括能与木素进行醚化（阳离子化、羟烷基化、羧甲基化）、酯化（乙酰化、磷酸盐化）、接枝共聚、交联的各类试剂。本发明选用一氯乙酸、二乙胺乙基氯化物、环氧丙烷三甲基氯化铵、甲醛、二羟甲基乙烯脲、卤代烷烃或3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。