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造纸黑液中木质素的提取与应用

张健  
【摘要】:能源危机与环境污染问题日益严重,给全球带来了巨大的压力,人们逐渐将目光转移到废物利用上来,这不仅可以充分地利用资源,节约能源,而且可以有效地减少环境污染,提高环境质量。 造纸黑液是制浆造纸工艺中主要的副产物,黑色粘稠状液体,伴有特殊恶臭味,并且含有20%~30%的木质素,由于木质素结构复杂,生物降解难,因此是全球主要污染源之一。 木质素是植物体次生代谢合成的天然芳香族有机高分子物质,是自然界中第二丰富的自然资源,仅次于纤维素,具有可再生性。由于木质素含碳量大,并且表面富含多种官能团,尤其是羟基基团,因此可以将其应用于活性炭的制备和部分替代双酚A型环氧树脂的制备中。 本论文研究的意义在于:1.扩大了活性炭制备的原料来源,降低成本,节约能源;2.利用天然无毒高分子物质木质素部分替代有毒物质双酚A制备环氧树脂,提高了环氧树脂产品的安全性;3.对造纸黑液的充分利用,减少了污染的排放,同时有效地利用了自然资源,对环境保护起到了积极的作用。 本论文以造纸黑液为原料,利用酸提取法提取木质素,并将木质素处理成球形;再以木质素粉末为原料,利用磷酸化学活化法制备球形活性炭;并利用水热法在碱性条件下使木质素溶液与环氧氯丙烷反应,部分替代双酚A制备环氧树脂,为造纸黑液中木质素的应用提供了可行性途径。 在恒温水浴中,利用酸提取法在反应温度为90℃,pH值为2,反应时间为8h的条件下提取造纸黑液中的木质素,收率较高,纯度较好,形貌基本呈球形,粒度分布均匀,颗粒直径大约为100nm左右,表面官能团破坏性小。同时,利用此提取法提取造纸黑液中的木质素成本较低,操作简单易行。 再以球形木质素粉末为原料,利用磷酸活化法制备活性炭,在浸渍比为1:7,碳化温度为700℃,反应时间为1h的条件下,制备出的活性炭BET比表面积可高达1797m2/g,含碳量高达68.0wt%,孔径分布以微介孔为主,灰分含量较低,并且活性炭形貌呈球形颗粒状。 利用木质素部分替代双酚A制备环氧树脂,考察了反应温度、木质素添加量对环氧树脂性能的影响。实验证明,所制得的环氧树脂环氧值范围为0.0548~0.0976mol/100g,粘度最大可达到408mPa·s,粘度越大说明聚合程度越高,分子量越大。


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