木質(zhì)素提取及應(yīng)用課件

木質(zhì)素提取及應(yīng)用1.前言

木質(zhì)素是存在于植物纖維中的一種芳香族高分子化合物，其含量可占木材的50％，在植物組織中具有增強(qiáng)細(xì)胞壁及黏合纖維的作用。在自然界中，木質(zhì)素的儲(chǔ)量?jī)H次于纖維素，而且每年都以500億t的速度再生。制漿造紙工業(yè)每年要從植物中分離出大約1．4億t纖維素，同時(shí)得到5000萬(wàn)t左右的木質(zhì)素副產(chǎn)品。但迄今為止，超過(guò)95％的木質(zhì)素仍以“黑液”形式直接排人江河或濃縮后燒掉，很少得到有效利用。隨著資源危機(jī)和人類(lèi)對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增強(qiáng)，如何有效地綜合利用木質(zhì)素這一天然可再生的廢棄資源已被許多國(guó)家提到戰(zhàn)略高度考慮。研究開(kāi)發(fā)木質(zhì)素及木質(zhì)素類(lèi)化合物成為有用工業(yè)產(chǎn)品，如：橡膠的偶聯(lián)劑、補(bǔ)強(qiáng)劑，染料的分散劑，鉆井泥漿的降粘劑，工業(yè)廢氣的脫硫劑等等，無(wú)論從保護(hù)環(huán)境的角度，還是利用廢棄資源的考慮都是一項(xiàng)具有良好的社會(huì)意義及經(jīng)濟(jì)價(jià)值的課題。

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2.木質(zhì)素的提取方法木質(zhì)素按照可溶性又分為硫酸木質(zhì)素、鹽酸木質(zhì)素、氧化銅氨木質(zhì)素、高碘酸木質(zhì)素、堿木質(zhì)素、乙醇木質(zhì)素、硫木質(zhì)素、酚木質(zhì)素、有機(jī)胺木質(zhì)素等。酸木質(zhì)素、氧化銅氨木質(zhì)素是將將木質(zhì)素以外的成分溶解除去，木質(zhì)素作為不溶性成分分離。而其他的是將木質(zhì)素作為可溶性成分來(lái)進(jìn)行分離。酸木質(zhì)素在分離過(guò)程中受到酸的作用，其結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，不過(guò)鹽酸木質(zhì)素的變化比硫酸木質(zhì)素的變化要小一些。硫酸木質(zhì)素在分離過(guò)程中所發(fā)生的變化，是由于在水解的同時(shí)木質(zhì)素發(fā)生高度縮合反應(yīng)造成的。傳統(tǒng)制漿造紙行業(yè)所帶來(lái)的巨大污染正在被各國(guó)所認(rèn)識(shí)，傳統(tǒng)制漿方法正在被新型的無(wú)污染(或低污染)的制漿方法所取代。有機(jī)溶劑提取木質(zhì)素制漿法有其無(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)。該法是利用有機(jī)溶劑(或和少量催化劑共同作用下)良好的溶解性和易揮發(fā)性，達(dá)到分離、水解或溶解植物中的木質(zhì)素，使得木質(zhì)素與纖維素充分、高效分離。生產(chǎn)中得到的纖維素可以直接作為造紙的紙漿；而制漿廢液可以通過(guò)蒸餾法來(lái)回收有機(jī)溶劑，反復(fù)循環(huán)利用，整個(gè)過(guò)程形成一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，無(wú)廢水或少量廢水排放，以純化木質(zhì)索，得到的高純度有機(jī)木質(zhì)素是良好的化工原料，也為木質(zhì)素資源的能夠真正從源頭上防治制漿造紙廢水對(duì)環(huán)境的污染，是一種“綠色環(huán)?！钡闹茲{技術(shù)；而且通過(guò)蒸餾，可大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用提供了一條新途徑，避免了傳統(tǒng)造紙行業(yè)對(duì)資源的大量浪費(fèi)。19世紀(jì)末就有人提出利用乙醇提取植物原料中的木質(zhì)素來(lái)生產(chǎn)紙漿，而對(duì)有機(jī)溶劑法提取木質(zhì)素制漿的深入研究則是20世紀(jì)80年代才興起的。中國(guó)對(duì)有機(jī)溶劑法制漿技術(shù)的研究起步較晚，但發(fā)展很快；美國(guó)、加拿大、德國(guó)等國(guó)在這方面進(jìn)行了深入的研究，做了不少工作，也取得了很大的成就。木質(zhì)素提取3.木質(zhì)素的應(yīng)用木質(zhì)素的利用始于19世紀(jì)，早在19世紀(jì)80年代，從亞硫酸鈣制漿廠(chǎng)廢液中提取的木質(zhì)素磺酸鹽就已用作皮革鞣劑和染料添加劑。目前在國(guó)外利用木質(zhì)素生產(chǎn)的產(chǎn)品很多，我國(guó)近年來(lái)將木質(zhì)素經(jīng)過(guò)改性，使其在農(nóng)林、石油、冶金、染料、水泥和混凝土工業(yè)及高分子材料工業(yè)上的應(yīng)用已取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。。3．1木質(zhì)素在農(nóng)林業(yè)中的應(yīng)用木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)中含有多種活性基團(tuán)，在土壤中被微生物緩慢降解后可轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，對(duì)土壤脲酶活性有一定的抑制作用，能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，可改良土壤，在肥料和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究已引起關(guān)注。3.1.1作植物生長(zhǎng)刺激劑據(jù)介紹，利用硫酸鹽木質(zhì)素或直接利用硫酸鹽法制漿黑液配置的植物生長(zhǎng)刺激劑在苗圃中處理云杉和松樹(shù)樹(shù)苗，可以明顯提高苗木移植后的成活率和生長(zhǎng)率。制備的含氮硫酸鹽木質(zhì)素羧基含量低，而羥基和氨基含量增加，可提高棉花等作物產(chǎn)量80％以上。3.1.2作肥料在木質(zhì)素肥料中以氮肥應(yīng)用最為廣泛，根據(jù)同定的元素含量的不同，可將含氮木質(zhì)素分為氨氮木質(zhì)素和含氨木質(zhì)素。由于含氨木質(zhì)素含氮量較低，所以目前研究得最多的還是由氧化氨解法制備的氨氮木質(zhì)素。木質(zhì)素分子含有活性集團(tuán)，具有較強(qiáng)的螯合l生能和膠體性能，可與土壤中易缺的重金屬元素肥料如鐵、銅、鋅等絡(luò)合，故木質(zhì)素可作為有機(jī)微量元素肥料使用。3.1.3作土壤改良劑利用硫酸鹽法處理制漿黑液，將得到的氨化硫酸鹽木質(zhì)素作為土壤改良劑，可用來(lái)改良緊密、含鹽和被腐蝕的土壤，使土壤產(chǎn)生團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變土壤的水份特性，還可以促進(jìn)磷、氮、鎂等的肥效，尤其是使用磷肥時(shí)，由于木質(zhì)素具有螯合性，因此使用木質(zhì)素基土壤改良劑能有效防止磷肥固著在土壤上，顯著地提高肥效。3.1.4作飼料添加劑及實(shí)用菌營(yíng)養(yǎng)劑來(lái)自制漿黑液的硫酸鹽木質(zhì)素含有少量的糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、脂肪及鈣、鐵、鋅、錳等為動(dòng)物代謝所必須的營(yíng)養(yǎng)元素，因此可用作動(dòng)物飼料添加劑。培養(yǎng)食用菌時(shí)其生長(zhǎng)過(guò)程中需要碳源，在化學(xué)制漿過(guò)程中木質(zhì)素的一些化學(xué)鍵被打開(kāi)，因此黑液中的木質(zhì)素有利于食用菌的吸收。3.2.3油水混凝劑堿法制漿黑液提取的堿木質(zhì)素與酚醛反應(yīng)可制取木質(zhì)素酚醛樹(shù)脂，再與通過(guò)油脂水解制得的皂化物進(jìn)行復(fù)配，可制成油膏狀黑褐色的油水混凝劑。此產(chǎn)品是一種優(yōu)良的乳化劑和表面活性劑，可用作輸油管道的清洗劑、油田采油的稠油降粘劑及注水乳化劑等，以增加采油量。3.2.4雙效堵水劑在注水采油中，為了控制油田含水上升速度，減少油井的產(chǎn)水量，增加產(chǎn)油量，可用化學(xué)堵水技術(shù)封堵出水層。當(dāng)草漿黑液用酸酸化時(shí)，堿木質(zhì)素生成不溶性沉淀物。同時(shí)，硅化物生成膠狀物沉淀。黑液中的碳酸鈉在加酸過(guò)程中又可生成CO2，在黑液中產(chǎn)生泡沫。沉淀物的封堵作用和泡沫的Jamin效應(yīng)，可以改變非均質(zhì)地層中的滲透規(guī)律，起到良好的堵水效果。3.2.5泥漿降濾失劑將堿法造紙黑液濃縮至固體含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為35％左右，與甲醛、苯酚和亞硫酸鈉按一定質(zhì)量比混合，在一定溫度下反應(yīng)一定時(shí)間后，以低于60*(2的溫度干燥、研磨，可制得通用型鉆井泥漿降濾失劑，再與適量六次甲基四胺復(fù)配，制得性能較優(yōu)的降濾失劑，具有抗鈣、抗鹽和耐高溫盼I生能。3.3.2化學(xué)灌漿材料亞硫酸鹽紙漿廢液內(nèi)含有木質(zhì)素磺酸鹽，與鉻鹽反應(yīng)生成穩(wěn)定的木質(zhì)素凝膠體，這種木質(zhì)素凝膠體可用于軟弱地基的加固和防滲堵漏。在基礎(chǔ)灌漿或帷幕灌漿中，漿液耗量大，要求原材料成本低、固化物凝膠能堵水且有一定的強(qiáng)度，木質(zhì)素剛好具備這些優(yōu)點(diǎn)。木質(zhì)素漿材對(duì)固沙和控制流沙還有獨(dú)特的能力，經(jīng)木質(zhì)素漿材處理后的基礎(chǔ)和斷層帷幕不但能增強(qiáng)其耐水性和不透水性，同時(shí)還起到了加固補(bǔ)強(qiáng)