浅谈木质素的化学改性和应用

2017-03-15周锐

科学与财富 2017年3期

摘要：木质素的本质是一种芳香族聚合物，它的最大特点就是可以再生。现阶段，木质素在工业领域得到了较为广泛的应用。然而，在使用木质素之前，首先需要对其进行一定的处理，这是因为原始的木质素是无法使用的。随着时代的发展和科学技术的进步，对木质素进行改性的技术也越来越多。在本次研究中，笔者以木质素为研究对象，主要探讨了一些木质素的改性技术。

关键词：木质素；化学改性；应用

前言

在新的时代背景下，人们越来越关注能源问题，随着不可再生资源数量的逐渐减少，人们逐渐开始关注可再生资源。生物质就是一种典型的可再生资源，而木質素则是其中的一个代表。大自然中存储了大量的木质素，其含量要比纤维素少一些。相关研究结果显示，大自然每一年可以提供约1500亿吨的木质素。虽然木质素的存储量很大，而且还是可再生的。但是，目前木质素在工业中的使用率还不是很高，还没有达到10%。这主要是因为木质素无法直接使用，需要先对其进行一定的改性处理。下面介绍一些比较具有代表性的改性技术：

1 磺化改性

对木质素改性的研究是该领域的一个热点问题，好多学者都投身于对该问题的研究中。现阶段，就国外而言，比较常用的木质素形式是木质素磺酸盐。得到上述物质的有效方式就是对木质素进行磺化改性。主要包括两个步骤，第一步是磺化处理；第二步是磺甲基化反应。

1.1 磺化

磺化的实际操作如下：首先需要准备一定量的Na2SO3，将其与木质素混合到一起，放置到一定的高温环境中，一般将温度控制在150到200摄氏度。这样通过上述两种物质间的化学法应，就可以得到木质素磺酸盐。关于磺化过程，好多学者都开展了相关研究，如学者马涛等人关注的是碱木质素磺化的实际条件，他们通过研究发现：在实际的磺化操作中，最好将Na2SO3的数量控制在1 mmol·g- 1到6 mmol·g- 1的范围内。确定好Na2SO3的数量之后，以此为标准进一步的就可以确定NaOH的数量。两者之间的配比为9比1，同时将液比控制4比1。在反应过程中，确保温度不能超过165℃。

1.2 磺甲基化

一般来讲，木质素的磺甲基化主要有两种方式：第一种是使得木质素和甲醛、Na2SO3发生一定的反应；第二种是，先对木质素进行羟甲基化处理，接下来再使上述产物和Na2SO3发生反应。

2 接枝改性

2.1 木质素与丙烯酰胺接枝共聚

学者Meister等人开展了关于木质素接枝改性的研究，他们主要关注的是松木木质素和丙烯酰胺之间的接枝共聚反应。最终得到的产物具有一些良好的性质，如吸附能力相对较好。总的说来，要想使得木质素磺酸盐和丙烯酰胺发生接枝共聚现象，必须为其提供下述条件：第一，将木质素磺酸盐的浓度控制在7.35×10- 4 mol·L- 1；第二，将丙烯酰胺的浓度控制爱0.70 mol·L- 1；第三，提供一定量的H2O2，并将浓度控制在1.18×10- 2mol·L- 1；第四，提供一定量的FeCl2，将浓度控制在2.95×10- 3mol·L- 1；第五，将反应时的温度控制在50℃；第六，将反应的持续时间控制在两个小时；第七，还需要将反应的空间控制在50mL。

2.2 木素与丙烯酸接枝共聚

木质素还可以和丙烯酸发生接枝共聚现象，相关人员需要为其准备下述条件：第一，将木质素磺酸盐的浓度控制在7.35×10- 4mol·L- 1；第二，将丙烯酸的浓度控制爱0.72 mol·L- 1；第三，提供一定量的H2O2，并将浓度控制在1.18×10- 2mol·L- 1；第四，提供一定量的FeCl2，将浓度控制在2.95×10- 3mol·L- 1；第五，将反应时的温度控制在30℃；第六，将反应的持续时间控制在两个小时；第七，还需要将反应的空间控制在50mL。

3 聚合改性

聚合改性也是一种相对比较常用的方式，主要有两种，第一种是交联反应；第二种则是缩合反应。下面分别具体介绍一下：

3.1 交联反应

发生交联反应的步骤如下：第一，选择适量的麦草碱木质素；第二选择适量的粉末状KOH；第三，将上述两种反应物质放到高压釜中；第四，对上述高压釜进行升温处理，保证温度可以达到100℃，接下来排掉高压釜里面的空气；第五，向高压釜中加入一定量的环氧乙烷，此时将高压釜中的压力控制在0.4MPa；第六，对高压釜进行密封处理，继续对其进行加热处理，将温度控制在150℃。经过上述步骤之后，就可以得到木质素磺酸钙和环氧丙烷的共聚物。

3.2 缩合反应

参与缩合反应物质主要有两种，一种是木质素磺酸盐，另一种则是甲醛。经过缩合反应的改性，木质素主要具有的特性就是可以更好的地无机盐进行分散处理。在进行缩合反应时，操作人员必须注意以下几点：第一，控制在反应过程的温度；第二，控制好pH 值；第三，控制好反应的持续时间。一般来讲，操作人员可以将缩合反应的pH 值控制在6之下。反应温度的最大值是180℃，最小值是160℃。反应的持续时间最好控制三个小时。

4 木质素氧化氨解改性

在对木质素进行氧化氨解改性时，需要的借助于一些氧化剂的作用，常用的氧化剂主要有两种，第一种是空气或者氧气；第二种则是过氧化氢为氧化剂。操作人员在开展木质素进行氧化氨解改性操作时，一般都需要为反应提供一定的条件：一方面，如果选择第一种氧化剂，那么就必须保证反应在高温环境中进行，同时还需要为反应提供必要的压力；另一方面，如果选择第二种氧化剂，那么该反应对于温度的要求不是很高，对于压力的要求也不是很高。

5 其他改性方法

除了前面介绍的几种木质素改性方式，还存在一些其他的方式，如硫化改性何稀硝酸氧化改性等。

5.1 硫化改性

相关研究表明，在对桦木进行硫化改性时，需要具备下述条件：第一，将硫的数量控制在5%；第二，将碱的数量控制在4%；第三，控制好反应温度，温度不可以超过260℃；第四，控制好反应时间，将保温时间控制在15分钟。

5.2 稀硝酸氧化改性

相关研究表明，在对木质素进行稀硝酸氧化改性时，需要具备下述条件：第一，将硝酸溶液的浓度控制在4%；第二，将固液比控制在1比10；第三，控制好反应温度，将温度保持在50℃左右；第四，控制好反应时间，将反应时间控制在两个小时。

6结语

对木质素的有效利用可以缓解现阶段的能源压力，如何对木质素进行改性时十分值得研究的问题。在本次研究中，笔者主要探讨了一些木质素的改性技术。

参考文献

[1]穆环珍，刘晨，郑涛，黄衍初.木质素的化学改性方法及其应用[J].农业环境科学学报，2006，01：14-18.

[2]张占业，穆环珍，黄衍初，刘晨.木质素及其改性物在环境污染防治中的应用研究[J].农业环境科学学报，2006，S1：360-364.

[3]霍淑平，孔振武.木质素的化学改性及其在合成树脂中的应用进展[J].林产化学与工业，2009，S1：213-218.