淺談木質素的化學改性和應用

摘 要：木質素的本質是一種芳香族聚合物，它的最大特點就是可以再生。現階段，木質素在工業領域得到了較為廣泛的應用。然而，在使用木質素之前，首先需要對其進行一定的處理，這是因為原始的木質素是無法使用的。隨著時代的發展和科學技術的進步，對木質素進行改性的技術也越來越多。在本次研究中，筆者以木質素為研究對象，主要探討了一些木質素的改性技術。

關鍵詞：木質素；化學改性；應用

前言

在新的時代背景下，人們越來越關注能源問題，隨著不可再生資源數量的逐漸減少，人們逐漸開始關注可再生資源。生物質就是一種典型的可再生資源，而木質素則是其中的一個代表。大自然中存儲了大量的木質素，其含量要比纖維素少一些。相關研究結果顯示，大自然每一年可以提供約1500億噸的木質素。雖然木質素的存儲量很大，而且還是可再生的。但是，目前木質素在工業中的使用率還不是很高，還沒有達到10%。這主要是因為木質素無法直接使用，需要先對其進行一定的改性處理。下面介紹一些比較具有代表性的改性技術：

1 磺化改性

對木質素改性的研究是該領域的一個熱點問題，好多學者都投身于對該問題的研究中。現階段，就國外而言，比較常用的木質素形式是木質素磺酸鹽。得到上述物質的有效方式就是對木質素進行磺化改性。主要包括兩個步驟，第一步是磺化處理；第二步是磺甲基化反應。

1.1 磺化

磺化的實際操作如下：首先需要準備一定量的Na2SO3，將其與木質素混合到一起，放置到一定的高溫環境中，一般將溫度控制在150到200攝氏度。這樣通過上述兩種物質間的化學法應，就可以得到木質素磺酸鹽。關于磺化過程，好多學者都開展了相關研究，如學者馬濤等人關注的是堿木質素磺化的實際條件，他們通過研究發現：在實際的磺化操作中，最好將Na2SO3的數量控制在1 mmol·g- 1到6 mmol·g- 1的范圍內。確定好Na2SO3的數量之后，以此為標準進一步的就可以確定NaOH的數量。兩者之間的配比為9比1，同時將液比控制4比1。在反應過程中，確保溫度不能超過165℃。

1.2 磺甲基化

一般來講，木質素的磺甲基化主要有兩種方式：第一種是使得木質素和甲醛、Na2SO3發生一定的反應；第二種是，先對木質素進行羥甲基化處理，接下來再使上述產物和Na2SO3發生反應。

2 接枝改性

2.1 木質素與丙烯酰胺接枝共聚

學者Meister等人開展了關于木質素接枝改性的研究，他們主要關注的是松木木質素和丙烯酰胺之間的接枝共聚反應。最終得到的產物具有一些良好的性質，如吸附能力相對較好?？偟恼f來，要想使得木質素磺酸鹽和丙烯酰胺發生接枝共聚現象，必須為其提供下述條件：第一，將木質素磺酸鹽的濃度控制在7.35×10- 4 mol·L- 1；第二，將丙烯酰胺的濃度控制愛0.70 mol·L- 1；第三，提供一定量的H2O2，并將濃度控制在1.18×10- 2mol·L- 1；第四，提供一定量的FeCl2，將濃度控制在2.95×10- 3mol·L- 1；第五，將反應時的溫度控制在50℃；第六，將反應的持續時間控制在兩個小時；第七，還需要將反應的空間控制在50mL。

2.2 木素與丙烯酸接枝共聚

木質素還可以和丙烯酸發生接枝共聚現象，相關人員需要為其準備下述條件：第一，將木質素磺酸鹽的濃度控制在7.35×10- 4mol·L- 1；第二，將丙烯酸的濃度控制愛0.72 mol·L- 1；第三，提供一定量的H2O2，并將濃度控制在1.18×10- 2mol·L- 1；第四，提供一定量的FeCl2，將濃度控制在2.95×10- 3mol·L- 1；第五，將反應時的溫度控制在30℃；第六，將反應的持續時間控制在兩個小時；第七，還需要將反應的空間控制在50mL。

3 聚合改性

聚合改性也是一種相對比較常用的方式，主要有兩種，第一種是交聯反應；第二種則是縮合反應。下面分別具體介紹一下：

3.1 交聯反應

發生交聯反應的步驟如下：第一，選擇適量的麥草堿木質素；第二選擇適量的粉末狀KOH；第三，將上述兩種反應物質放到高壓釜中；第四，對上述高壓釜進行升溫處理，保證溫度可以達到100℃，接下來排掉高壓釜里面的空氣；第五，向高壓釜中加入一定量的環氧乙烷，此時將高壓釜中的壓力控制在0.4MPa；第六，對高壓釜進行密封處理，繼續對其進行加熱處理，將溫度控制在150℃。經過上述步驟之后，就可以得到木質素磺酸鈣和環氧丙烷的共聚物。

3.2 縮合反應

參與縮合反應物質主要有兩種，一種是木質素磺酸鹽，另一種則是甲醛。經過縮合反應的改性，木質素主要具有的特性就是可以更好的地無機鹽進行分散處理。在進行縮合反應時，操作人員必須注意以下幾點：第一，控制在反應過程的溫度；第二，控制好pH 值；第三，控制好反應的持續時間。一般來講，操作人員可以將縮合反應的pH 值控制在6之下。反應溫度的最大值是180℃，最小值是160℃。反應的持續時間最好控制三個小時。

4 木質素氧化氨解改性

在對木質素進行氧化氨解改性時，需要的借助于一些氧化劑的作用，常用的氧化劑主要有兩種，第一種是空氣或者氧氣；第二種則是過氧化氫為氧化劑。操作人員在開展木質素進行氧化氨解改性操作時，一般都需要為反應提供一定的條件：一方面，如果選擇第一種氧化劑，那么就必須保證反應在高溫環境中進行，同時還需要為反應提供必要的壓力；另一方面，如果選擇第二種氧化劑，那么該反應對于溫度的要求不是很高，對于壓力的要求也不是很高。

5 其他改性方法

除了前面介紹的幾種木質素改性方式，還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

相關研究表明，在對樺木進行硫化改性時，需要具備下述條件：第一，將硫的數量控制在5%；第二，將堿的數量控制在4%；第三，控制好反應溫度，溫度不可以超過260℃；第四，控制好反應時間，將保溫時間控制在15分鐘。

5.2 稀硝酸氧化改性

相關研究表明，在對木質素進行稀硝酸氧化改性時，需要具備下述條件：第一，將硝酸溶液的濃度控制在4%；第二，將固液比控制在1比10；第三，控制好反應溫度，將溫度保持在50℃左右；第四，控制好反應時間，將反應時間控制在兩個小時。

6結語

對木質素的有效利用可以緩解現階段的能源壓力，如何對木質素進行改性時十分值得研究的問題。在本次研究中，筆者主要探討了一些木質素的改性技術。

參考文獻

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作者簡介：周銳，男，安徽省馬鞍山人，1996.03.04，池州學院，247000，本科，研究方向：高分子材料與工程。