一种利用工业纤维废渣制备木质素衍生产品的方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于生物炼制与生物质综合利用领域，特别涉及一种利用工业纤维废渣制备木质素衍生产品的方法。
【背景技术】
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[0002]木质素是唯一能从可再生天然资源中取得的芳香族化合物，它作为造纸产业的副产物，无毒价廉，是化学工业生产用原料的丰富资源。我国木质素产品年产量约15万t，主要为碱法制浆的碱木素和亚硫酸盐制浆的木质素磺酸盐。由于生产技术水平低下，绝大部分为粗产品，品种少，性能差，经济价值不高。工业木素中存在的细小纤维素等杂质会影响木质素的应用范围。同时，工业木素由于分离时发生了缩合或降解，含量低，组分复杂，分子量低，分子量分布过宽，物化性能不均一，没有固定的熔点和稳定的玻璃化转变，造成工业木素几乎没有热塑性，热塑改性、熔融共混、共聚加工困难，致使木素基产品的研宄和开发严重受限。在石化资源枯竭、环境污染加剧的背景下，如何提高木质素的附加值并对其有效利用已经成为国内外的研宄焦点。
【发明内容】
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[0003]针对上述问题，本发明提供了一种利用工业纤维废渣制备木质素衍生产品的工艺。本发明中由于原料中的半纤维素已经被利用，工业废渣中的各组分结构的结合相对松散，在较为温和的条件下及可得到木质素提取液，此提取液具有含糖量低、木质素纯度高、酚羟基含量高等优点，可制备高端木质素衍生产品。本发明采用精密滤袋除杂的方式将木质素提取液中的细小纤维等杂质去除，并将不同分子量的木质素分级分离，同时根据不同分子量木质素的不同特点制备各型衍生产品，充分挖掘其最大价值:低分子量的木质素由于酚羟基含量高，反应活性大可替代苯酚制备酚醛树脂。染料分散剂对耐热稳定性有一定的要求，而分子量较大的木质素具有较好的耐热稳定性，可制备高性能染料分散剂。木质素减水剂中小分量的木质素可以起到引起作用，大分子量的木质素具有较强的分散和空间位阻作用；同时炭黑粘结剂也需要不同分子量的木质素。本发明不仅适用于工业纤维废渣中木质素的高值化利用，还可为制浆废液中木质素的利用提供思路。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0005]一种利用工业纤维废渣制备木质素衍生产品的方法，包括如下步骤:
[0006](一 )木质素的提取:从工业纤维木素废渣中提取木质素，得木质素提取液；
[0007]( 二)过滤除杂:对木质素提取液进行过滤，得木质素滤液；
[0008](三)木质素的分级分离
[0009](I)将木质素滤液浓缩成固含量为20?45%的木质素浓缩液，
[0010](2)将部分木质素浓缩液进行分子量的分级处理，其中沉淀物为木质素I，离心液为木质素II ;
[0011](四)木质素衍生产品的制备工艺
[0012](I)将木质素1、甲醛、亚硫酸钠以及环氧氯丙烷或环氧丙烷的反应混合物，于一定温度下反应一定时间，制得木质素磺酸盐分散剂；
[0013](2)木质素基酚醛树脂的制备
[0014]将木质素I1、苯酚、甲醛和尿素的反应混合物，于一定温度下反应一定时间，制得木质素基酚醛树脂；
[0015](3)混凝土减水剂和炭黑粘结剂的制备
[0016]将浓缩液、亚硫酸钠的反应混合物，于一定温度下反应一定时间，制得木质素减水剂。
[0017]其具体步骤如下:
[0018](一)木质素的提取
[0019](I)汽爆预处理:对工业纤维木素废渣进行汽爆处理，汽爆机爆腔5000ml，爆破条件1.5?4Mpa ;爆破时间30?180s ；
[0020](2)调浆:测定上述工业纤维木素废渣经汽爆预处理后所得到的混合物中的水分的含量，并加水调节其干基与水比例为1: 5?15 ;
[0021](3)提取:上述调浆后，加入碱，调节反应体系中的碱浓度为10?300g/L，将反应体系在40?90°C下，搅拌提取0.3?5h ;
[0022](4)渣液分离:提取后进行渣液分离，得木质素提取液和滤渣；
[0023]( 二)精密滤袋除杂
[0024]利用孔径为3?50微米的精密滤袋过滤器去除木质素提取液中细小纤维杂质，得木质素滤液；
[0025](三)木质素的分级分离
[0026](I)将木质素滤液浓缩成固含量为20?45%的木质素浓缩液，
[0027](2)将木质素浓缩液进行分子量的分级处理。
[0028]将部分木质素浓缩液打入到带有搅拌的反应釜中，升温至60?85°C，控制搅拌速度在40rpm以上，调节木质素浓缩液的pH值为5_9，并通入压缩空气，使酸与溶液中的木质素混合均匀，加酸结束后，利用沉降式离心机在600?5000rpm的转速下进行分离，分别收集离心液和沉淀物待用，其中沉淀物为木质素I，离心液为木质素II ;
[0029](四)木质素衍生产品的制备工艺
[0030](I)染料分散剂的制备
[0031]将木质素I与甲醛在75_90°C下反应0.5h?3.0h，得羟甲基化木质素，然后，再加入的亚硫酸钠，继续反应2h?5h，最后，加入环氧氯丙烷或环氧丙烷将多余酚羟基封闭，经喷雾干燥，即得木质素磺酸盐分散剂；木质素1、甲醛、亚硫酸钠的质量比为5?30:100:10-30 ;所述环氧氯丙烷或环氧丙烷的加入量为木质素I质量的10?30% ;
[0032](2)木质素基酚醛树脂的制备
[0033]将木质素I1、苯酚、甲醛和尿素按照质量比为1:(1?2):(2?5): (0.1?0.5)的比例加入到带有搅拌的反应釜中，调节反应体系pH，并缓慢升温至60?75°C，反应3?5小时，即得木质素基酚醛树脂；
[0034](3)混凝土减水剂的制备
[0035]取浓缩液与亚硫酸钠在70?80°C、pH为10?14的条件下反应2?5h，喷雾干燥，即得木质素减水剂，所述浓缩液与亚硫酸钠的质量比为10%?30%的。
[0036]进一步地，步骤(二)中，所述的精密滤袋的材料为聚丙烯、聚酯或聚四氟乙烯。
[0037]优选的是，步骤(二 )中，所述的精密滤袋过滤器的滤压力为0.1?0.6MPa。
[0038]优选的是，步骤(三)中，所述酸溶液为盐酸、硫酸、磷酸或醋酸中的至少一种。
[0039]本发明还提供了一种利用工业纤维废渣制备木质素衍生产品的方法，包括如下步骤:
[0040](一 )木质素的提取:从工业纤维木素废渣中提取木质素，得木质素提取液；
[0041 ] (二)过滤除杂:对木质素提取液进行过滤，得木质素滤液；
[0042](三)木质素的分级分离
[0043](I)将木质素滤液浓缩成固含量为20?45%的木质素浓缩液，
[0044](2)将部分木质素浓缩液进行分子量的分级处理
[0045]在温度25?35°C、超滤压力差0.25?0.5MPa的条件下，进行超滤分离操作，并分别收集透过液和留存液待用；
[0046](四)木质素衍生产品的制备工艺
[0047](I)染料分散剂的制备
[0048]将留存液、甲醛、亚硫酸钠以及环氧氯丙烷或环氧丙烷的反应混合物，于一定温度下，反应一定时间，制得木质素磺酸盐分散剂；
[0049](2)木质素基酚醛树脂的制备
[0050]将透过液、苯酚、甲醛和尿素的反应混合物，于一定温度下，反应一定时间，制得木质素基酚醛树脂；
[0051](3)混凝土减水剂和炭黑粘结剂的制备
[0052]将浓缩液、亚硫酸钠的反应混合物，于一定温度下，反应一定时间，制得木质素减水剂。
[0053]其具体步骤如下:
[0054](一)木质素的提取
[0055](I)汽爆预处理:对工业纤维木素废渣进行汽爆处理，汽爆机爆腔5000ml，爆破条件1.5?4Mpa ;爆破时间30?180s ；
[0056](2)调浆:测定上述工业纤维木素废渣经汽爆预处理后所得到的混合物中的水分的含量，并加水调节其干基与水比例为1: 5?15 ;
[0057](3)提取:上述调浆后，加入碱，调节反应体系中的碱浓度为10?300g/L，将反应体系在40?90°C下，搅拌提取0.3?5h ;
[0058](4)渣液分离:提取后进行渣液分离，得木质素提取液和滤渣；
[0059]( 二)过滤除杂
[0060]利用孔径为3?50微米的精密滤袋过滤器去除木质素提取液中细小纤维杂质，得木质素滤液；
[0061](三)木质素的分级分离
[0062](I)将木质素滤液浓缩成固含量为20?45%的木质素浓缩液，
[0063](2)将木质素浓缩液进行分子量的分级处理。
[0064]在浓缩液温度25?35°C、超滤压力差0.25?0.5MPa的条件下，利用板框式、管式或中空纤维式超滤器对浓缩液进行超滤分离操作，并分别收集透过液和留存液待用；
[0065](四)木质素衍生产品的制备工艺
[0066](I)染料分散剂的制备
[0067]将留存液与其质量比为5%?30%的甲醛在75-90°C下反应0.5h?3.0h，得羟甲基化木质素，然后，再加入与留存液质量比为10%?30%的亚硫酸钠继续反应2h?5h，最后，加入环氧氯丙烷或环氧丙烷将多余酚羟基封闭，经喷雾干燥，即得木质素磺酸盐分散剂，所述留存液、甲醛、亚硫酸钠的质量比为100:5-30:10-30，所述环氧氯丙烷或环氧丙烷的加入量为留存液质量的1