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木质素磺酸钠的应用

发布日期:2018/12/24 13:11:39

背景及概述[1][2]

木质素磺酸钠亦称亚硫酸盐木质素。是分子量不同、结构也不完全相同,即多 分散性的不均匀阴离子聚电解质。固体产品为淡棕色自由流动的粉末,具有吸湿性。易溶于水,但不溶于乙醇、丙酮及其他常 用的有机溶剂。水溶液为棕色至黑色,有胶体特性,溶液的粘度随浓度的增加而增加。为纸浆生产中,酸性亚硫酸盐蒸煮制浆的副产物,在制浆废液中的含量约占42%~ 55%。

制取时先于亚硫酸盐浆废液中加入石灰乳,使之形成碱式木质素磺酸钙沉淀,然后分离并于沉淀滤饼中加硫酸酸化,再加入碳酸钠进行盐基置换,使钙盐变成钠盐,最后,蒸发干燥即得成品。木质素磺酸钠具有分散、粘结、络合与乳化-稳定作用,广泛地用于饲料加工、采矿、石油钻井、农药、橡胶、印染、皮革以及水泥和混凝土生产中。

在水处理中,本品可用作 冷却水的阻垢分散剂和缓蚀剂;在锅炉水中作分散阻垢剂,热稳定性好,甚至在250℃下仍可保持良好的分散性能。此外,在工业清洗剂、沥青乳配制、铅酸电池以及各种陶制品的制造中也多有使用。

结构

应用[2]

木质素磺酸盐包括木质素磺酸钠因其特殊的结构而具有分散、乳化、增溶、吸附等表面物化性能,其改性产品作为表面活性剂已经得到了一定的应用。

1. 油田用化学品

利用酸法制浆过程中含有木质素磺酸盐的废液来帮助提高石油的采收率,并申请了专利。国内外的科研工作者做了大量的研究,通过各种方法改性木质素磺酸盐。改性产物与其它表面活性剂复配,组成各种各样的油田用化学品。在石油工业所用的16大类262个品种的油田化学品中,木质素磺酸盐类的已经多达5大类39个品种,广泛地用作稠油降粘剂,三次采油用牺牲剂、调水堵剖剂、钻井液处理剂等。

利用单宁提取物和甲醛改性木质素磺酸盐,再与亚铁离子螯合,得到绿色环保的无铬钻井稀释剂。亚铁离子和高分子表面活性剂的螯合作用降低了膨润土的表面Zeta电位,同时螯合体系具有更大的空间位阻,使得膨润土颗粒聚合体具有更大的运动空间和自由,从而降低了浆体的粘度和凝胶强度,耐高温性能和稀释性都比木质素磺酸盐有较大提高。

2. 混凝土减水剂

混凝土减水剂是目前木质素磺酸盐及其改性产品需求量最大的应用领域。

系列木质素磺酸盐混凝土减水剂,达到国家高效缓凝减水剂的标准,具有高减水性能、低塌落度损失、高强、缓凝等优异性能,且生产成本低廉,具有很强的市场竞争力。在酸性条件下,以较高用量的过氧化氢对木质素磺酸钠进行氧化改性,得到的改性木质素磺酸盐混凝土减水剂的减水性能提高68%。与此同时,作为混凝土减水剂,木质素磺酸盐和水泥的作用机制也得到了较为广泛的研究。

通过红外光谱测试证明,木质素磺酸钠的加入延长了水泥水化的诱导期,抑制了水化反应进程,并提出了木质素磺酸钠抑制水化作用的“电荷控制反应模型”,认为初始水化阶段进入溶液中的钙离子与带有阴离子电荷的水泥粒子表面形成双分子层,而后迅速与木质素磺酸钠电离产生的阴离子分子形成三分子层结构,从而抑制水泥的进一步水化。

3. 碳纳米管分散剂

使用木质素磺酸盐通过非共价键的方法将多壁碳纳米管功能化。木质素磺酸盐功能化碳纳米管能够很好的分散在水中,溶解度高达1.5mg/mL。木质素磺酸盐和多壁碳纳米管主要通过π-π共轭和疏水键发生相互作用。功能化的碳纳米管因接上木质素磺酸盐分子而具有多种阴离子基团,从而可以作为量子位点的锚固中心。

利用木质素磺酸钠功能化多壁碳纳米管,研究了木质素磺酸钠对多壁碳纳米管的分散和导电性能的影响。结果发现,少量木质素磺酸钠可以将多壁碳纳米管功能化并具有良好的稳定性,而过量的木质素磺酸钠对改善多壁碳纳米管的溶解性作用不大,反而降低了其导电性能。

4. 水煤浆添加剂

研究木质素磺酸钠和木质素磺酸钙的成浆特性,发现木质素磺酸钠的分散性能明显优于木质素磺酸钙。分析认为原因是钙离子与磺酸根和羟基有较好的络合作用,致使部分木质素磺酸钙没有离解。另外,这种较强的络合作用使得木质素磺酸钙在煤颗粒表面的饱和吸附量减小,降低了煤表面的电位,导致木质素磺酸钙的静电排斥力和空间位阻比木质素磺酸钠的小,因此分散性能较差。

与此同时,由于木质素磺酸钙的浆体中煤颗粒通过磺酸根与钙离子及煤中的高价金属离子产生强的络合作用形成了稳定的空间结构,而在添加木质素磺酸钠的浆体中这种络合作用较弱,无法形成稳定的空间结构,因此木质素磺酸钠的稳定性比木质素磺酸钙的稍差。在浆体浓度为60%和61%,添剂量0.6%~1.4%的条件下,两种添加剂使成浆粘度均在800mPa.s。

5. 导电高分子掺杂剂

分别采用木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸镁掺杂导电高分子PANI,PANI的导电性能、溶解性能和热稳定性能均得到提高。在木质素磺酸盐的存在下,以过硫酸铵为引发剂,苯胺为原料,通过一步聚合法合成了导电中空纳米微球。调整聚合温度和时间可优化控制调整形态结构和电化学性能。以木质素磺酸盐为分散剂,乙烯基苯胺为原料,通过原位聚合的方法合成了新型聚乙烯基苯胺/木质素磺酸盐复合物。

在300-1200℃下热解获得PNA-LS含氮碳材料,通过分析对PNA-LS碳材料进行结构和性能表征。结果表明:PNA-LS的形态结构和性质取决于LS和NA的比例,比例等于2.5∶97.5时,PNA-LS碳纳米微球的粒径是1300纳米,温度800℃时,PNA-LS碳纳米微球的平均粒径是820纳米。PNA-LS制备方法温和,成本低,溶解性能和导电性能得到加强,在导电纳米薄膜和防腐蚀等领域具有巨大的应用潜力。800℃时制得820纳米的碳纳米微球存在着氮原子和高的比表面,可希望应用于锂离子二次电池的电极。

制备 [1]

一种制备木质素磺酸钠的方法,包括以下步骤:

A)提供木质素的悬浮液;

B)调节所述悬浮液的pH值至4.8~8.5;

C)向pH值为4.8~8.5的悬浮液依次加入亚硫酸钠和甲醛,反应后过滤, 得到滤液;

D)将所述滤液与封闭剂混合,反应后得到木质素磺酸钠。

主要参考资料

[1] 精细化工辞典

[2] 周宝文, 哈成勇, 莫建强, 等. 木质素磺酸盐表面活性剂的研究和应用进展[J]. 高分子通报, 2013 (5): 76-82.

[3] CN201410125929.7 一种制备木质素磺酸钠的方法及木质素磺酸钠作为染料分散剂的应用