CN101440287A

CN101440287A - 木质素磺酸盐接枝共聚物化学固沙剂制备方法

Info

Publication number: CN101440287A
Application number: CN 200710188572
Authority: CN
Inventors: 王来来; 董治宝; 赵水侠
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: CN101440287B

Abstract

本发明公开了一种木质素磺酸盐接枝共聚物化学固沙剂制备方法。本发明通过对中性造纸废液进行蒸发浓缩，提取其中的木质素磺酸盐，然后分别或同时以醛类化合物和不饱和酰胺、不饱和酸或酯类化合物为反应组份，对木质素磺酸盐进行化学改性，合成系列木质素磺酸盐接枝共聚物化学固沙剂，具有对环境无污染，较好的水溶性，较强的抗风蚀能力及较高的抗压强度性能。

Description

木质素磺酸盐接枝共聚物化学固沙剂制备方法

技术领域

本发明属木质素磺酸盐有机高分子化学改性及利用技术领域。

背景技术

我国现有禾草类造纸企业2000余家，由于规模小，技术落后，原材料和能源消耗大，大部分企业的造纸废液未能得到很好的治理和利用，对生态环境造成了严重的污染。我国是世界上受沙漠化危害最严重的国家之一，据统计，全国沙化土地面积达174万平方公里，占国土面积的18％，超过全国耕地面积的总和，沙化扩展速度已由1994年前的每年扩展2460平方公里发展到目前的3436平方公里，直接影响到国家可持续发展战略的实施。治理土地沙漠化，防风固沙已成为当前亟待解决的问题。造纸废液中含有大量的木质素磺酸盐，如果能将其分离提纯合成固沙剂，不仅治理了造纸废液污染，而且合成的化学固沙剂可用于荒漠化治理，对以沙漠化治理为主的西部生态环境建设具有重要的意义。

美国专利(USP No.4,303,438)公开了用丙烯酸接枝改性木质素磺酸盐，产物可以作为土壤改良剂，具有提高土壤团聚度，抵御风蚀的作用。国内发明专利(申请号：01137349.0)公开了直接以造纸废液为原料，用丙烯酸或丙烯酰胺对其进行化学改性合成沙土改良剂。已公开的沙土改良剂直接由造纸废液制备，而不同制浆法形成的造纸废液中含有大量的酸或碱、无机盐及有机物，如果不进行处理，直接制备成固沙剂，用在沙漠治理中，无疑对环境会造成污染，渗入地下水中，会污染地下水质；已经公开的沙土改良剂尚未推广使用，可能与它的粘结性和柔韧性，即抗风蚀性和抗压强度不是令人类十分满意有关。

发明内容

本发明的目的是制备出一种对环境无污染、可生物降解的、低成本、具有较好的抗风蚀性能和较高的抗压强度的木质素磺酸盐接枝共聚物化学固沙材料。

本发明通过对中性造纸废液进行蒸发浓缩，提取其中的木质素磺酸盐，然后分别或同时以醛类化合物和不饱和酰胺、不饱和酸或酯类化合物为反应组份，对木质素磺酸盐进行化学改性，合成系列木质素磺酸盐接枝共聚物化学固沙剂，具有对环境无污染，较好的水溶性，较强的抗风蚀能力及较高的抗压强度性能。

一种木质素磺酸盐接枝共聚物化学固沙剂制备方法，其特征在于该方法将中性造纸废液经蒸发浓缩，干燥，得到粉末状的木质素磺酸盐；在木质素磺酸盐溶液中，加入化学计量的碱溶液，再加入醛类化合物，在温度为50～80℃的条件下，回流反应1～3小时；然后加入不饱和酰胺，或不饱和脂肪酸，或不饱和脂肪酸的酯类化合物，再加入引发剂，升温到80～100℃，回流反应1～2小时；最后经过蒸发浓缩、干燥、研磨过程得到褐色粉末状产物。

本发明所使用的碱是氢氧化钠，或氢氧化钾，或碳酸氢钠溶液，浓度为10％～30％，用量为木质素磺酸盐的5％～20％(质量百分数)。

本发明所使用的醛类化合物为甲醛、乙醛或丙醛，用量为木质素磺酸盐的10％～50％(质量百分数)。

本发明所使用不饱和酰胺，或不饱和脂肪酸，或不饱和脂肪酸的酯类化合物选自丙烯酰胺，顺丁烯二酸，丙烯酸，甲基丙烯酸，醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲酯，用量为木质素磺酸盐的40％～80％(质量百分数)。

本发明所使用的引发剂为30％的过氧化氢水溶液，硝酸铈铵，或过硫酸钠，用量为木质素磺酸盐的0.5％～10％(质量百分数)。

本发明制备的固沙剂的使用方法：将固沙剂溶解于水中，其质量百分数为0.15％～1.5％，然后均匀喷洒于沙土表面，沙土表面可以形成致密的硬壳，风洞实验和抗压强度实验测试结果显示，具有较好的抗风蚀性能，较高的抗压强度。

本发明制备的固沙剂的特点是：木质素磺酸盐接枝共聚物的主组分是木质素磺酸盐，经中性造纸废液蒸发浓缩，干燥后得到，因此该固沙剂对环境不会造成污染；固沙剂中的木质素为腐殖质的原生体，喷施后可提高沙土中有机质的含量，改良土壤，可生物降解；醛类的成本比丙烯酰胺和丙烯酸要低好多，明显地降低了单纯用不饱和酸类化合物改性合成固沙剂的成本；醛类化合物改性木质素磺酸盐后，木质素磺酸盐上的羟基数目增多，因此所合成的固沙剂水溶性增强；不饱和酸类化合物改性木质素磺酸盐后，产物中含有羧基，使得产物具有较好的吸湿、保水等功能；固沙剂具有较好的抗风蚀性能，较高的抗压强度。

具体实施方式

中性造纸废液在减压或常压条件下进行浓缩蒸发，干燥，研磨，得到粉状的木质素磺酸盐；把木质素磺酸盐溶解在适量水中，搅拌均匀后加入一定量的氢氧化钠溶液，以及一定量的醛类化合物，在温度为50～80℃的条件下，回流反应1～3h；再加入一定量的不饱和酰胺，或不饱和脂肪酸，或不饱和脂肪酸的酯类化合物，以及引发剂，升温到80～100℃，回流反应1～2h；最后经过蒸馏、干燥、研磨得到褐色粉末状木质素磺酸盐接枝共聚物；将该高分子共聚物溶解于水中，均匀喷洒于沙土表面，沙土表面干燥后，可形成致密的硬壳。

实施例1：

40g木质素磺酸盐溶于90mL水中，加入0.2mol/L的氢氧化钠溶液10mL，再加入丙醛8mL，在温度为60～70℃的条件下反应3h。反应完毕后，把反应混合物蒸馏浓缩，干燥，研磨后得到褐色粉末状产物I。

实施例2：

40g木质素磺酸盐溶于90mL水中，加入24g醋酸乙烯酯和20％的氢氧化钠溶液4mL，升温到30℃，再加入30％的过氧化氢水溶液1.6mL做为引发剂，回流反应30min。反应完后，把反应混合物蒸馏浓缩，干燥，研磨后得到褐色粉末状产物II。

实施例3：

40g木质素磺酸盐溶于90mL水中，加入0.2mol/L的氢氧化钠溶液10mL，再加入丙醛8mL，在温度为60～70℃的条件下，反应1h后加入16mL醋酸乙烯酯，再加入30％的过氧化氢水溶液1.1mL，回流反应1h。反应完后，把反应混合物蒸馏浓缩，干燥，研磨后得到褐色粉末状产物III。

将产物I，II和III溶解在40mL水中，搅拌均匀，然后分别以25，50，75，100g/m²的计量均匀喷洒在6.78×10^-3m²的沙土表面上，干燥后，风洞实验中采用水平方向和30度角方向挟沙风，当使用量为25g/m²时，产物I水平方向初始侵蚀风速是10m/s，30度角方向初始侵蚀风速是8m/s；产物II水平方向初始侵蚀风速是10m/s，30度角方向初始侵蚀风速是8m/s；产物III水平方向初始侵蚀风速是13m/s，30度角方向初始侵蚀风速是10m/s。

将产物I，II和III溶解在350mL水中，搅拌均匀，然后分别以10，25，50g/m²的计量均匀喷洒在5.27×10^-2m²的沙土表面上，干燥后，测试样品的抗压强度，当使用量为25g/m²时，产物I抗压强度为144kPa，产物II抗压强度为113kPa，产物III抗压强度为189kPa。

Claims

1、一种木质素磺酸盐接枝共聚物化学固沙剂制备方法，其特征在于该方法将中性造纸废液经蒸发浓缩，干燥，得到粉末状的木质素磺酸盐；在木质素磺酸盐溶液中，加入化学计量的碱溶液，再加入醛类化合物，在温度为50～80℃的条件下，回流反应1～3小时；然后加入不饱和酰胺，或不饱和脂肪酸，或不饱和脂肪酸的酯类化合物，再加入引发剂，升温到80～100℃，回流反应1～2小时；最后经过蒸发浓缩、干燥、研磨过程得到褐色粉末状产物。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所使用的碱是氢氧化钠，或氢氧化钾，或碳酸氢钠溶液，浓度为10％～30％，用量为木质素磺酸盐的5％～20％(质量百分数)。。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所使用的醛类化合物为甲醛、乙醛或丙醛，用量为木质素磺酸盐的10％～50％(质量百分数)。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于不饱和酰胺，或不饱和脂肪酸，或不饱和脂肪酸的酯类化合物选自丙烯酰胺，顺丁烯二酸，丙烯酸，甲基丙烯酸，醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲酯，用量为木质素磺酸盐的40％～80％(质量百分数)。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所使用的引发剂为30％的过氧化氢水溶液，硝酸铈铵，或过硫酸钠，用量为木质素磺酸盐的0.5％～10％(质量百分数)。