木質素的提取及其資源化再利用

白立曉，廉雅斌

（天津市化工設計院，天津 300193）

1 前言

造紙廢液中含有大量的游離堿、硫化物和有機物，導致黑液堿性大、顏色深、臭味強、泡沫多、并能消耗水中的融解氧。而其中的木質素是一種可更新的、其量僅次于纖維素的較豐富的有機物質。如果我們將廢液直接排出，既浪費資源又污染環境。

從綜合利用的角度來說，我們可以對其中的有用成分木質素進行資源化處理，使其轉化成附加值高、產品用量大、價格低廉的產品。這樣，我們在防止污染的同時又能制造出良好的經濟效益。開發和利用木質素已成為造紙領域的一項重要研究課題。

2 木質素的提取

堿性制漿廢液中的木質素主要是木質素磺酸鹽和堿木質素。木質素質磺酸鹽有極其不均一的結構和相對分子質量，可溶解于各種不同的水溶液中，但不溶于乙醇、丙酮和一般的有機溶劑。堿木質素是一種具有分散、粘合等表面活性的天然高分子物質[1]。一般從黑液中提取木質素有兩種途徑：其一是蒸煮廢液濃縮后利用，其二是進行沉淀分離后再加以利用。

2.1 蒸煮廢液濃縮提取

造紙黑液經過蒸發濃縮，得到膠粘狀的濃縮物，其固形物含量為30%～40%，可以對其進行化學改性，采用此方式取得的木質素產品，往往純度不高，而且還會導致產品帶糖和發粘等不良結果。

2.2 沉淀和過濾

利用此種方法可制得純度較高的木質素。通常采用以下方法：

2.2.1 酸析法

黑液pH值一般在堿性范圍內，加酸中和黑液中的堿，可使木質素析出。此法關鍵在于尋求最佳的pH值和溫度，國內一些研究表明，沉淀木質素的最佳pH值是2.8，凝聚木質素的最佳溫度是75℃。其工藝流程圖如圖1。

圖1

國內一些研究人員也對一些改進措施如除硅－酸析工藝、凝聚－離心－酸析工藝、超濾－酸析工藝等做了有益的探索[2]。

2.2.2 超濾法

由于超濾過程通常是在較低的溫度下進行，沒有相變化，不需要蒸汽加熱，其設備投資和運轉費用較低，而且比從原黑液直接酸析提取木質素節約酸用量75%。且產品的質量亦更佳[3]。

2.2.3 絮凝沉淀法

因為黑液中含有很多膠體物質，因此可以采用加入木質素沉淀劑的方法使帶負電荷的木素微粒由沉淀劑的陽離子吸附，從而使膠體的穩定性破壞，達到使木質素產品被吸附沉淀的目的[4]。

3 木質素的資源化利用

造紙黑液回收的木質素有著豐富的來源，在現在其已經成為一種基本的工業原料，在工業和農業等領域有著廣泛的應用前景，下面就木質素在工業的主要應用做以下探討。

3.1 用作粘合劑

木質素是一種天然高分子化合物，造紙黑液提取的堿木質素有良好的粘結性能，且其長鏈結構相互交錯，能使煤粉粘結成型后強度變大，因此，可作為一種良好的煤粉粘結劑；木質素可以制成廉價的、不釋放甲醛的粘合劑，在一定程度上彌補了脲醛樹脂粘合劑的交聯度大、固化時粘合層體積收縮等缺點；木質素分子中含有大量的苯酚結構單元，特別是愈創木質和對羥苯基的鄰空位有很強的反應活性，可以在一定條件下參與苯酚、甲醛的縮合固化反應，木質素、苯酚、甲醛三種原料按1∶1∶0的比例混合，用苛性鈉催化劑反應后，可用來制為纖維膠合板、鋸末刨花板以及顆粒板、稻殼板的粘合劑，性能良好[5]。

3.2 做分散劑和表面活性劑

木質素與其磺酸鹽作為一種陰離子表面活性劑，可以增加礦渣水泥、硅酸鹽水泥等再水中的膠體的穩定性。在濕法水泥生產中，在漿料中加入少量木素磺酸鹽，可以大大提高礦漿的流動性，而且使其中的水分降低4%～10%，有利于節約熱能；木質素磺酸鹽還可用于循環冷凝水的緩蝕阻垢劑、除蟲殺菌劑的分散劑、燃料的穩定劑等。

3.3 用作絮凝劑

木質素由于其具有巨大的網狀空間結構，而且含有多種極性和非極性官能團，量最多的是酚羥基和游離羥基，而這些官能團帶負電性，因此木質素是一種陰離子型的高分子絮凝劑，而其大分子的官能團在木質素地絮凝過程中易形成化學鍵，從而促進對溶解狀有機物的吸附和對膠體、懸浮顆粒的網捕。如木素磺酸鹽，具有磺酸基、羥基等活性基團，可以捕集廢水中的一些陽離子基團合重金屬離子，因此，木質素磺酸鹽溶液可以處理一些電鍍廢水、季銨鹽廢水等。張芝蘭等[6]依據靜電吸引與電性中和作用及憎水卷掃合網捕沉降的機理，用草類木質素處理味精廢水，取得了良好的效果。

木質素分子中所含有大量的活性基團，可以發生氧化、還原、磺甲基化、烷基化等改性反應。我們據此來為木質素分子引進具有絮凝作用的官能團。改性后的木質素使用范圍更廣，而且對于不同類型的廢水具有獨特的絮凝作用。如祝萬鵬等[6]先用溶劑溶解木質素，再加入甲醛和胺組分及強酸催化劑于30～120℃溫度下進行Manich縮合反應，這樣可為木質素大分子中嵌接銨鹽集團，而后加入烷基化試劑，在40～100℃下，進行烷基化反應，減壓蒸餾分離所制得的季銨鹽陽離子絮凝劑產品可應用于染料廢水、印染廢水的處理中，取得了很好的脫色和去除效果，而且成本低廉，運行簡單。

就目前來看，如何有效地提高木質素類絮凝劑自身的化學穩定性和開發多功能的木質素類絮凝劑產品，是當今亟待解決的問題。

4 結語

木質素除了可以很好的應用于上述幾種產品外，還可應用于很多其他領域，如在塑料產品生產中的應用等，而且，木質素現在已經被廣泛應用于農業生產中，如制成木質素氮肥、磷肥等，還可用作植物生長調節劑和農藥緩釋劑、飼料添加劑等。總之，開發出新的木質素產品，對保護環境，提高對再生性資源的利用率以及促進生產發展有著非常重要的意義。

［1］文志軍，張安龍.堿法制漿黑液中木素的綜合應用新進展[J].西南造紙,2002（1）：14-15.

［2］朱壽齡，王愛全.木質素的提取及應用[J].河南職技師院學報.1994，22（4）：24-26.

［3］李仲民，童張法.超濾法回收造紙黑液中木質素的研究[J].廣西大許化工學院.

［4］黎載波，王國慶.木質素絮凝劑的研究進展[J].精細與專用化學品.2002（23）：17-19.

［5］王曉平.關于制漿造紙廠廢液中木質素在工業上的應用探討.皖西學院學報[J].2003，19（5）：134-137.

［6］王劍波，隋智慧.木質素的應用研究進展[J].皮革化工,2003(1):9-11.