造紙黑液中木質(zhì)素的提取及利用

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1、圄圈型!墾墮墜蘭羔!壘蘭!墾Q!蘭竺!型坐旦型蘭豎魚!蘭竺!翌魚萬方數(shù)據(jù)造紙黑液中木質(zhì)素的提取及利用呂心則1’2盧佳辰坫劉明華1(1．福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，福建福州350116：2．臺灣中原大學(xué)環(huán)境工程學(xué)系，中國臺灣32023)摘要：隨著造紙業(yè)的蓬勃發(fā)展，造紙廢液對環(huán)境的影響也越來越嚴(yán)重，而對造紙黑液中的木質(zhì)素進(jìn)行提取和利用，不僅能讓黑液充分的回收，而且能使其中的木質(zhì)素再次得到利用。綜述了造紙黑液中木質(zhì)素的提取方法，并對木質(zhì)素的應(yīng)用進(jìn)行了歸納和分析。關(guān)鍵詞：造紙黑液木質(zhì)素提取0前言造紙黑液是制漿造紙過程中最主要的副產(chǎn)物，液體呈現(xiàn)黑色黏稠狀，有刺鼻的惡臭味，黑液中含

2、有大量的木質(zhì)素、纖維、無機(jī)鹽和色素等成分，其中的木質(zhì)素含量為20％。30％【11。木質(zhì)素的來源很充足，能直接從各式各樣植物的芯材中提取，或者由制漿造紙的廢液來回收利用，全世界每年大約產(chǎn)生出1．5～1．8億t的工業(yè)廢棄木質(zhì)素，因其擁有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、大分子的分子量、結(jié)構(gòu)的分散性以及化學(xué)物理性質(zhì)的不均性，使得它至今尚未得到有效的利用，其中只有不到2％被利用。對造紙制漿黑液中的木質(zhì)素進(jìn)行提取，再對木質(zhì)素進(jìn)行化學(xué)改性，合成具有工業(yè)價值的產(chǎn)品，不僅有利于企業(yè)達(dá)成零污染的排放，還能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值，達(dá)到真正的資源永續(xù)利用。木質(zhì)素是一種天然的多羥基芳香族化合物，在植物體內(nèi)木質(zhì)素是作為半纖

3、維素和纖維素之間的黏結(jié)物質(zhì)。由于木質(zhì)素?fù)碛袕?fù)雜的結(jié)構(gòu)，生物性的降解緩慢，因此在造紙制漿過程中，其污染是最嚴(yán)重的。本文探討以造紙制漿的廢水黑液為原料，介紹各種木質(zhì)素的提取方法以及木質(zhì)素的應(yīng)用情況。1木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)木質(zhì)素是由4種醇單體所組成的一種復(fù)雜酚類聚合物，是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成分之一，起到讓細(xì)胞間相連的作用，在植物組織中具有增強(qiáng)細(xì)胞壁及黏合纖維的作用。其組成與性質(zhì)較為復(fù)雜，并具有極強(qiáng)的活性，不能被動物所消化，能在土壤中轉(zhuǎn)化成腐植質(zhì)瞄】。因其單體不同，可將木質(zhì)素劃分為3種：①由紫丁香基丙烷單體聚合而成的紫丁香基木質(zhì)素；②由愈創(chuàng)木基丙烷單體聚合而成的愈創(chuàng)木基木質(zhì)

4、素；③由對一羥基苯基丙烷單體聚合而成的對一羥基苯基木質(zhì)素瞄1。木質(zhì)素填充在纖維素構(gòu)架中，能增強(qiáng)植物體的機(jī)械強(qiáng)度，有利于水分的輸導(dǎo)運輸和抵抗外界環(huán)境不良的侵襲。2木質(zhì)素的提取方法2．1酸析法在堿性的制漿中，當(dāng)木質(zhì)素與堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，散布在溶液中的木質(zhì)素分子成為相互作用結(jié)合在一起的聚集體。其疏水性基團(tuán)在內(nèi)部，親水性基團(tuán)構(gòu)成聚集體的外表面。工廠會把排煙的管線放入黑液中，利用廢氣中的so：、c0。使黑液的pH值下降，同一時間廢氣中的熱量也會使黑液的溫度上升，此方法有利于黑液的沉淀，又能節(jié)省酸以及熱能的使用。加入酸使黑液的pH值下降，當(dāng)中的H+與木質(zhì)素膠體上的負(fù)電荷基團(tuán)發(fā)生

5、了親電子反應(yīng)，木質(zhì)素分子開始縮合、凝聚，能使木質(zhì)素從溶液中沉淀析出，可使用一些無機(jī)酸，例如硫酸、鹽酸、二氧化碳等，木質(zhì)素沉淀下來后經(jīng)過過濾可以得到4D2016年12月第47卷第b期·華東紙業(yè)型!墨型竺墾型墜生竺墾21堅!!竺翌壘型里蘭型蘭墮!皇坐!型壘圄圜圈萬方數(shù)據(jù)木質(zhì)素。木質(zhì)素的提取率與pH值有極大的關(guān)聯(lián)：同的溶解度，通過加水的方法，讓木質(zhì)素析出來。當(dāng)pH值越小時，提取率會上升，反之則提取率下降；在不同的條件下提取，木質(zhì)素殘留于不同篩網(wǎng)上的殘留率也會不同；用酸液洗滌可以使鈉在木質(zhì)素中的含量降低。使用硫酸酸析造紙黑液中的木質(zhì)素是可以實現(xiàn)的，而且酸析的過程對木質(zhì)素的分

6、子結(jié)構(gòu)只會造成較小的破壞程度；當(dāng)pH值為6。o一6．5時木質(zhì)素開始反應(yīng)沉淀，但酸析木質(zhì)素在常溫下的反應(yīng)較緩慢，在高溫時可加快反應(yīng)速率，且在高溫下的前10min為反應(yīng)階段的重要時期，酸析木質(zhì)素的最佳條件為：溫度在50一55℃、lo％的酸濃度、控制pH值在3．o，此時提取的木質(zhì)素沉淀量是最大的。當(dāng)pH為3．o一6．o，木質(zhì)素純度較高，性能較好，官能團(tuán)破壞最小，使用過多及過少的絮凝劑都會不利于酸析反應(yīng)的效果，經(jīng)酸析沉淀后廢液的污染程度也大幅度降低H1。2．2堿析法造紙黑液中的木質(zhì)素是多基配位體，其中含有的羰基、醇羥基、酚羥基、羧酸基等屬于易螯合基團(tuán)，容易和高價金屬陽離子形

7、成木質(zhì)素螯合物，木質(zhì)素和高價金屬陽離子的螯合作用，是因為木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)本身存在易配位基團(tuán)所引起的，而且螯合作用非常強(qiáng)烈，會超越各自與oH一的沉淀反應(yīng)。利用這—特性，在堿性條件下通過添加高價金屬離子物質(zhì)，使木質(zhì)素螯合物析出，當(dāng)添加的高價金屬陽離子價態(tài)越高、半徑越小，則容易產(chǎn)生螯合現(xiàn)象。pH值和金屬陽離子的添加量是影響木質(zhì)素析出率的主要原因，在堿性條件下，隨著pH值的上升，木質(zhì)素的析出率也會隨之增大。當(dāng)pH值大于13時，其析出率約為60％左右。堿析處理過程中，在堿性的蒸煮廢液中加入高價金屬陽離子即可得到木質(zhì)素螯合沉淀；在酸性的廢液中，則需使液體變?yōu)閴A性，之后再加入高價