造纸黑液中木质素的提取与应用

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。