CN106676572A - 基于木材陶瓷电极的造纸黑液粗木质素的提取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于木材陶瓷电极的造纸黑液粗木质素的提取方法，包括用多孔陶瓷过滤板和阳离子交换膜将电解槽分隔为阳极室、缓冲室和阴极室，在阳极室和阴极室中分别设置多孔木材陶瓷材料作为阳极、石墨材料作为阴极，将黑液和清水分别注入阳极室和阴极室内并在低压直流电源条件下进行电解，每隔一段时间取出阳极以收集积聚在多孔木材陶瓷片上的木质素；在重复多次取出动作后，排尽阳极室内的残液，并回收浓缩在阴极室内的NaOH溶液，电解中所产生的氢气和氧气则通过气体导出管分别收集。所述提取方法简单实用，且不会消耗阳极而造成二次污染，在降低黑液处理成本的同时还可改善木质素和NaOH的回收率。

Description

基于木材陶瓷电极的造纸黑液粗木质素的提取方法及装置

技术领域

本发明涉及造纸黑液中木质素提取的技术领域，具体地，涉及一种基于木材陶瓷电极的造纸黑液粗木质素的提取方法及装置。

背景技术

木质素是植物中的第二大组分，在制浆造纸过程产生的造纸黑液，其主要成分之一就是被溶解出来的碱木质素，在我国每年产生的2亿吨黑液中就含有约2000万吨的碱木质素。木质素在工农业生产中具有广泛的用途，因此，从造纸黑液中提取出木质素在经济和环保领域都是具有重大意义的。

现有的提取木质素的方法包括如下几种：

一、酸沉淀法。酸沉淀法也称酸析法，是目前使用较多的方法之一，其原理是通过加酸调节黑液的pH值，使黑液中的钠木质素转化为氢木质素而沉淀析出，经过滤、水洗、烘干后得到结晶状的粗木质素，所使用的酸可以是无机酸，也可以是有机酸。

二、超滤法。超滤法是以压力为推动力的膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制薄膜，而使大分子溶质不能透过并留在膜的一边，从而使得大分子物质得到部分的纯化。考虑到木质素是分子质量为5-50ku的高分子化合物，可使用超滤法从造纸黑液中进行提取。

三、絮凝法。由于造纸黑液中存在很多胶体物质，在一定条件下具有胶体性质，因此可以采用加入木质素沉淀剂的方法，使带负电荷的木质素微粒由沉淀剂的阳离子吸附，从而破坏胶体的稳定性，达到使木质素析出沉淀的目的。

四、电凝聚和渗析法。电凝聚法是指在外加电流的作用下，利用铁或铝金属作为牺牲阳极且在电解时发生溶解，以形成Fe(OH)₂、Al(OH)₃等不溶于水的金属氧化物活性凝聚体，对液体中的有机或无机物可起到凝聚和吸附作用，形成的絮状颗粒一起沉降并得以分离；也可以采用阳极牺牲较小的钛金属做阳极，在电解过程，阳极上可释放出具有强氧化性的氧气或氯气，能使黑液中的有机物发生强烈的氧化而分解。

相应地，上述四种方法中也都存在一些不足之处，具体如下：

(1)酸沉淀法：需要加入硫酸、磷酸等强酸，且当pH达到2左右才有较好的提取率，不仅添加量大、成本高、存在着残留酸的二次污染，硫酸还会与黑液中的碱生成盐类，如硫酸钠、磷酸钠等，给黑液的后期处理带来极大的不便。

(2)超滤法：虽然不用添加强酸，但溶质在使用过程中沉积或吸附在超滤膜的表面上，从而导致膜孔被堵塞，致使透过通量大大减少，使用寿命短，虽然可以利用表面活性剂对超滤膜的表面进行改性处理，但仍难以达到理想的状态，特别是在长时间、连续处理的情况下。同时，当黑液的浓度较高时，其透过通量更小，极大地影响了提取效率。

(3)絮凝法：在处理过程中需要加入大量的絮凝剂，其中一部分会与黑液中的碱发生反应，而另一部分会溶解在黑液中，虽然其危害不像酸沉淀法那么大，但同样存在着黑液的后期处理问题，同时提取出的木质素中也会或多或少的含有絮凝剂，这也会对木质素的后期提纯造成麻烦。

(4)电凝聚和渗析：电凝聚法虽然环保，但均要以牺牲阳极为代价，不仅消耗成本高，也会在黑液中增加新的金属离子，影响后期处理，而使用金属钛作为阳极的方法虽然阳极牺牲较小，但钛的价格昂贵，提取成本过大，且与之配套使用的渗析法同样存在膜孔堵塞的问题。

中国专利CN02113761公开了一种电渗式处理造纸黑液并回收碱和木质素的方法，其在有负电极和正电极的直流电源电场的电解室中设置半透膜，将电解室分隔为负极侧的电解室和正极侧的电解室，将清水和造纸黑液分别流经负极侧的电解室和正极侧的电解室，获得从负极侧的电解室排除的碱液、从正极侧的电解室排除的在处理液，加入氯离子沉淀剂，经分离获得含有木质素的有机物和清水。该发明通过调整电流的大小使黑液由碱性变为中性或弱酸性，并加入沉淀剂实现木质素的析出，没有解决木质素后期提纯的问题，成本也依然很高。

中国专利CN99106161公开了一种采用电解加氢工艺从造纸黑液中制备氢化木质素的方法，其在隔离式电解槽中，用泡沫Pb作阴极、Pt作阳极、饱和甘汞电机作参考电极，以N，N二甲基甲酰胺和乙醇作电解溶剂、水作供氢溶剂、四丁基溴化铵作支持电解质，对木质素进行电解加氢。本发明不需要催化剂，增加了碳氢比，降低了氢化木质素的软化点，但是用到的溶剂过多，成本很高。

发明内容

为了克服上述方法中存在的纯度差、效率低、消耗成本高、使用寿命短、废液难处理的技术问题，本发明提供一种简单实用、成本低廉、可重复使用且无需引入其他物质的从造纸黑液中提取木质素的方法及装置。

木材陶瓷，是一种新型的环境材料，是由浸渍了热固性物质的木材或其它生物质材料经真空碳化而成。木材陶瓷具有良好的热学、电、磁学特性，在低温(150℃以下)条件下强度高、比表面积大、抗氧化性好、耐腐蚀性强，可用作超级电极材料、储能材料、耐腐蚀材料和高温过滤材料等。

一种基于木材陶瓷电极的造纸黑液粗木质素的提取方法，在电解槽的阳极室和阴极室中分别设置多孔木材陶瓷材料作为阳极、设置石墨材料作为阴极，将黑液和清水分别注入阳极室和阴极室，在直流电源条件下电解，从阳极室的多孔木材陶瓷材料上得到木质素。

优选地，所述电解槽在阳极室和阴极室之间增设有缓冲室，且分别通过设置多孔陶瓷过滤板和阳离子交换膜将缓冲室与阳极室和阴极室隔开。经过多孔陶瓷过滤板的初滤作用，阳离子交换膜上出现的杂质堵塞情况大大减少。

优选地，在电解初期向阴极室中加入NaOH以增加导电性，使得阴极室中初始NaOH溶液的浓度达0.1mol/L-0.2mol/L。

优选地，在所述缓冲室中设置有超声波换能器，在电解过程中每隔一段时间就开启一次超声波换能器，以保证多孔陶瓷过滤板和阳离子交换膜的孔隙畅通。

优选地，所使用的直流电源的电压不超过36V。

一种基于木材陶瓷电极的造纸黑液粗木质素的提取装置，括用于容置黑液的阳极室以及用于容置清水和NaOH溶液的阴极室，所述阳极室和阴极室均设有密封盖和设置在密封盖上的导气孔，且在所述阳极室内设置有作为阳极的多孔木材陶瓷材料、在所述阴极室内设置有作为阴极的石墨材料，所述阳极室还包括与其连通的黑液注入管道与阀门和稀黑液导出管道与阀门，所述阴极室还包括与其连通的清水注入管道与阀门和NaOH回收管道与阀门。

优选地，在所述阳极室和阴极室之间设置有一个缓冲室，且所述缓冲室通过多孔陶瓷过滤板和阳离子交换膜分别与阳极室和阴极室隔开，所述缓冲室包括与其连通的缓冲室废液导出管道与阀门。

优选地，所述多孔陶瓷过滤板的孔径为0.2μm-0.5μm，所述阳离子交换膜的孔径为0.05μm-0.1μm。

优选地，在所述缓冲室内还设置有超声波换能器。

优选地，所述提取装置为两套或两套以上相互串联使用，通过将前一套提取装置中的稀黑液导出管道与阀门和后一套提取装置中的黑液注入管道与阀门相连接以实现对黑液的多遍处理，从而获得较高的木质素提取率和NaOH溶液回收率。

在造纸黑液中含有大量的钠木质素和氢氧根离子。在电解过程中，阳极发生氧化反应，生成氧气和氢离子，而导致阳极区的pH值降低，钠木质素在酸性环境中会发生凝聚与沉淀，同时产生游离的钠离子；由于溶解在黑液中的钠木质素带有负电荷，其会在电场的作用下向阳极移动，钠木质素在得到电子后沉积在阳极的表面及附近，这样就可以实现木质素和黑液的分离。与此同时，阴极室发生还原反应，生成氢气和氢氧根离子，阳极区的钠离子在直流电场的作用下向阴极区移动和聚集，与被阳离子交换膜阻隔在阴极区的氢氧根离子结合并生成可被回收的NaOH。

在整个电解槽中，钠离子可透过多孔陶瓷过滤板和阳离子交换膜向缓冲室和阴极室移动，而大分子物质(污染物)则被陶瓷过滤板隔离在阳极室，减少了阳离子交换膜的空孔堵塞。同时为了充分保证多孔陶瓷过滤板和阳离子交换膜的孔隙畅通，在缓冲室中安装了超声波换能器，可通过超声波的振动及时清理吸附和沉积在多孔陶瓷过滤板与阳离子交换膜上的物质。所述超声波换能器可根据需要随时启动，不会与电解过程发生冲突，既可以在阳极吸附木质素的期间工作，也可以在取出阳极收集木质素的期间工作。

上述提取原理参见图1，且电解过程的电极反应式如下：

阳极区：

2H₂O-4e^-→O₂↑+4H⁺

nH⁺+nRONa→nNa⁺+nROH(木质素析出)

mH⁺+mRCOONa→mNa⁺+mRCOOH(有机酸)

阴极区：

2H₂O+2e^-→H₂↑+OH^-

OH^-+Na⁺(阳极迁入)→NaOH(回收)

综上所述，黑液中的木质素被分离提取，部分水被电解而得到氧气和氢气，NaOH溶液在阴极区被浓缩回收。与此同时，阳极区由于阳极的氧化作用和阳极反应所生成的初生态氧的氧化作用，可氧化分解阳极区的部分有机物(即黑液中可被氧化降解的污染物)，同时因木质素的析出及有机物的氧化分解，使阳极区流出的废液的COD值、色度等均有一定程度的降低，减轻了环境污染。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

1、本发明在提取的过程中无需添加酸或其他化学试剂，没有二次污染，在降低成本的同时，也利于对电解废液的后期处理和木质素的提纯；

2、本发明使用木材陶瓷作为阳极，其原材料来源广泛、制作工艺简单、且价格低廉，同时因为不会产生阳极消耗，在降低成本的同时，还避免了消耗阳极所带来的二次污染，也减少了膜孔堵塞的问题，即使是木材陶瓷电极板在使用过程中有所损坏，拆装下来的电极板还可作为锅炉燃料处理；

3、由于所使用的木材陶瓷材料具有多孔性，拥有巨大的比表面积，且孔隙结构可根据需要进行调节，这极大地提高了电解的效率和木质素的提取效率；

4、由于使用了多孔陶瓷过滤板并用超声波进行清洗，不仅在使用寿命上比聚合物膜长，还可减少和降低堵塞的情况，即使被堵塞，换下来的陶瓷过滤板还可以在马弗炉中烧结后重复使用，可极大地降低成本；

5、提取过程全程无污染，黑液能得到充分利用，除了需要的木质素之外，阳极产生的氧气、阴极生产的氢气和NaOH都被充分回收。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明中提取方法的原理示意图；

图2是本发明中提取装置的优选实施例的结构示意图；

图中：1容置黑液的阳极室，2容置清水和NaOH溶液的阴极室，3缓冲室，4多孔陶瓷过滤板，5阳离子交换膜，6密封盖，7气体导出管，8超声波换能器；11多孔木材陶瓷片，12黑液注入管道与阀门，13稀黑液导出管道与阀门，14钛合金电极夹，21石墨片，22清水注入管道与阀门，23NaOH回收管道与阀门，24不锈钢电极夹，31缓冲室废液导出管道与阀门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，一种基于木材陶瓷电极的造纸黑液粗木质素的提取装置，包括用于容置黑液的阳极室1以及用于容置清水和NaOH溶液的阴极室2，所述阳极室1和阴极室2均设有密封盖6和气体导出管7，且在所述阳极室1内设置有作为阳极的多孔木材陶瓷片11、在所述阴极室2内设置有作为阴极的石墨片21，所述阳极室1还包括与其连通的黑液注入管道与阀门12和稀黑液导出管道与阀门13，所述阴极室2还包括与其连通的清水注入管道与阀门22和NaOH回收管道与阀门23。

在所述阳极室1和阴极室2之间设置有一个缓冲室3，且所述缓冲室3通过多孔陶瓷过滤板4和阳离子交换膜5分别与阳极室1和阴极室2隔开，所述缓冲室3包括与其连通的缓冲室废液导出管道与阀门31，在所述缓冲室3内还设置有超声波换能器8。

所述多孔陶瓷过滤板4的孔径为0.2μm，所述阳离子交换膜5的孔径为0.05μm。

所述多孔木材陶瓷片11通过钛合金电极夹14与外接电路连接，所述石墨片21通过不锈钢电极夹24与外接电路连接。由于黑液中含有大量的碱性物质，用于连接阳极的电极夹很容易发生氧化反应而腐蚀，所以选用钛合金材料，而用于连接阴极的电极夹不易发生氧化反应，故采用价格低廉的不锈钢即可。

一般来说，在高电压和大电流的状态下木质素集聚的速度更快些，这样收集木质素所花费的时间相对较短，但电极的发热量增大，不仅浪费大量的电能，还会导致阳极更容易出现裂纹现象，加之考虑到要经常暴露阳极以收集木质素，所以所述提取装置使用的是36V以下的低压电源，且优选为12-24V。

当木材陶瓷本身的密度降低时，其比表面积增加，在电解过程中的电子传输能力提升，即对木质素的吸附能力增加，因此也要增加阴极室中石墨片的数量以适应木材陶瓷电极的电子传输能力的增加；但也不是密度越低越好，太低的密度会影响到电极本身的强度，进而影响其使用寿命，故而应选取合适密度的多孔木材陶瓷片作为阳极。

实施例1

(1)选用孔径为0.2μm的多孔陶瓷过滤板4和孔径为0.05μm的阳离子交换膜5，用螺栓和硅胶密封圈密封以防止液体渗漏；

(2)将阳极室1和阴极室2的顶部均用密封盖6进行密封，且在密封盖上分别钻有Φ30mm的导气孔和电极***孔，将外径为Φ30mm的气体导出管7***密封盖6的导气孔中，用生料带或密封胶密封，且使得两个气体导出管7分别与两个气体收集器连通；

(3)将1片规格为300mm×150mm×20mm、密度为0.7g/cm³的多孔木材陶瓷片11与1片规格为300mm×150mm×20mm的石墨片21分别用钛合金夹具14和不锈钢夹具24夹紧，并穿过电极***孔分别设置于阳极室1和阴极室2中，用生料带或密封胶密封；

(4)在缓冲室3的底部安装功率为300W、频率为24kHz的超声波换能器8；

(5)黑液经由黑液注入管道与阀门12注入到阳极室1中，保持黑液液面与钛合金夹具14间的竖直距离为3cm(确保二者不接触)，清水经由清水注入管道与阀门22注入阴极室2中，通过液体的渗透作用确保阳极室1、阴极室2和缓冲室3内的液面平齐，在阴极室2中加入NaOH，使得阴极室2中NaOH溶液的浓度达0.1mol/L；

(6)将连接多孔木材陶瓷片11的导线与低压直流电源的正极连接，将连接石墨片21的导线与低压直流电源的负极连接；

(7)接通电源，开始电解，电解电压为24V，电流为2A，在电解过程中每隔20min开启一次超声波换能器8，时间为5min，清洗中间的多孔陶瓷过滤板4和阳离子交换膜5以防止堵塞，每隔40min将多孔木材陶瓷片11取出，以收集附着在其表面的木质素；

(8)重复步骤(7)三次，同时注意控制黑液液面，在液面降低时补充黑液和清水；

(9)当木质素提取结束后，打开阳极室1底部的稀黑液导出管道与阀门13将废液放出，再通过黑液注入管道与阀门12重新注入黑液，并重复上述步骤(7)和步骤(8)，同时通过阴极室2底部的NaOH回收管道与阀门23回收NaOH溶液；

(10)经过大约10次的提取后，缓冲室中的溶液变稠，可由缓冲室废液导出管道与阀门31导出。

实施例2

(1)选用孔径为0.2μm的多孔陶瓷过滤板4和孔径为0.05μm的阳离子交换膜5，用螺栓和硅胶密封圈密封以防止液体渗漏；

(2)将阳极室1和阴极室2的顶部均用密封盖6进行密封，且在密封盖上分别钻有Φ30mm的导气孔和电极***孔，将外径为Φ30mm的气体导出管7***密封盖6的导气孔中，用生料带或密封胶密封，且使得两个气体导出管7分别与两个气体收集器连通；

(3)将1片规格为300mm×150mm×20mm、密度为0.6g/cm³的多孔木材陶瓷片11与2片规格为300mm×150mm×20mm的石墨片21分别用钛合金夹具14和不锈钢夹具24夹紧，并穿过电极***孔分别设置于阳极室1和阴极室2中，用生料带或密封胶密封；

(4)在缓冲室3的底部安装功率为500W、频率为26kHz的超声波换能器8；

(5)黑液经由黑液注入管道与阀门12注入到阳极室1中，保持黑液液面与钛合金夹具14间的竖直距离为3cm(确保二者不接触)，清水经由清水注入管道与阀门22注入阴极室2中，通过液体的渗透作用确保阳极室1、阴极室2和缓冲室3内的液面平齐，在阴极室2中加入NaOH，使得阴极室2中NaOH溶液的浓度达0.2mol/L；

(6)将连接多孔木材陶瓷片11的导线与低压直流电源的正极连接，将连接石墨片21的导线与低压直流电源的负极连接；

(7)接通电源，开始电解，电解电压为20V，电流为1.5A，在电解过程中每隔25min开启一次超声波换能器8，时间为5min，清洗中间的多孔陶瓷过滤板4和阳离子交换膜5以防止堵塞，每隔50min将多孔木材陶瓷片11取出，以收集附着在其表面的木质素；

(8)重复步骤(7)三次，同时注意控制黑液液面，在液面降低时补充黑液和清水；

(9)当木质素提取结束后，打开阳极室1底部的稀黑液导出管道与阀门13将废液放出，再通过黑液注入管道与阀门12重新注入黑液，并重复上述步骤(7)和步骤(8)，同时通过阴极室2底部的NaOH回收管道与阀门23回收NaOH溶液；

(10)经过大约10次的提取后，缓冲室中的溶液变稠，可由缓冲室废液导出管道与阀门31导出。

实施例3

(1)选用孔径为0.2μm的多孔陶瓷过滤板4和孔径为0.05μm的阳离子交换膜5，用螺栓和硅胶密封圈密封以防止液体渗漏；

(2)将阳极室1和阴极室2的顶部均用密封盖6进行密封，且在密封盖上分别钻有Φ30mm的导气孔和电极***孔，将外径为Φ30mm的气体导出管7***密封盖6的导气孔中，用生料带或密封胶密封，且使得两个气体导出管7分别与两个气体收集器连通；

(3)将1片规格为300mm×150mm×20mm、密度为0.5g/cm³的多孔木材陶瓷片11与3片规格为300mm×150mm×20mm的石墨片21分别用钛合金夹具14和不锈钢夹具24夹紧，并穿过电极***孔分别设置于阳极室1和阴极室2中，用生料带或密封胶密封；

(4)在缓冲室3的底部安装功率为500W、频率为28kHz的超声波换能器8；

(5)黑液经由黑液注入管道与阀门12注入到阳极室1中，保持黑液液面与钛合金夹具14间的竖直距离为3cm(确保二者不接触)，清水经由清水注入管道与阀门22注入阴极室2中，通过液体的渗透作用确保阴极室2的液面比阳极室1的液面低3-5cm，在阴极室2中加入NaOH，使得阴极室2中NaOH溶液的浓度达0.1mol/L；

(6)将连接多孔木材陶瓷片11的导线与低压直流电源的正极连接，将连接石墨片21的导线与低压直流电源的负极连接；

(7)接通电源，开始电解，电解电压为16V，电流为1A，在电解过程中每隔30min开启一次超声波换能器8，时间为5min，清洗中间的多孔陶瓷过滤板4和阳离子交换膜5以防止堵塞，每隔60min将多孔木材陶瓷片11取出，以收集附着在其表面的木质素；

(8)重复步骤(7)两次，同时注意控制黑液液面，在液面降低时补充黑液和清水；

(9)当木质素提取结束后，打开阳极室1底部的稀黑液导出管道与阀门13将废液放出，再通过黑液注入管道与阀门12重新注入黑液，并重复上述步骤(7)和步骤(8)，同时通过阴极室2底部的NaOH回收管道与阀门23回收NaOH溶液；

(10)经过大约10次的提取后，缓冲室中的溶液变稠，可由缓冲室废液导出管道与阀门31导出。

上述三个实施例中的相关参数以及电解完成后的具体数据，见下表1。

表1

从表1中可以看出，采用本发明提供的提取方法和装置，不仅可以有效地对黑液中的木质素进行提取，而且还能回收大部分的NaOH、降低COD值，在实现对黑液再利用的同时减轻了环境污染。另外，在考虑安全和成本的条件下，电解时的电流与电压越大，木质素的提取速度就越快，最终提取出的木质素的量也越大，下降的COD值和碱回收率也相应增大。

实施例4

将2套实施例1中的提取装置串联，即将前一套提取装置中的稀黑液导出管道与阀门13和后一套提取装置中的黑液注入管道与阀门12相连接，使得阳极室1中电解后的残液被输入到第2套相同的装置中，同时在该套装置的阴极室1内加入相当于残液质量分数20％的清水，再次进行电解。通过上述操作，能够最大程度的提取木质素以及回收NaOH，且能使COD值大幅度下降，具体数据如下：

(1)黑液中粗木质素的提取率可达93.2％左右，其中含纯木质素达88.9％；

(2)体积为1m³的黑液中能提取出12～16kg粗木质素，能耗为8.7kwh/kg；

(3)COD下降83.9％；

(4)碱回收率达86.7％；

经过2次电解后的残液经加压超滤处理后可满足直接排放的标准，减少了后续排放处理的环节，既环保又降低了成本。

对比实施例1——用钛金属网板代替多孔木材陶瓷片作为阳极

(1)选用孔径为0.2μm的多孔陶瓷过滤板4和孔径为0.05μm的阳离子交换膜5，用螺栓和硅胶密封圈密封以防止液体渗漏；

(2)将阳极室1和阴极室2的顶部均用密封盖6进行密封，且在密封盖上分别钻有Φ30mm的导气孔和电极***孔，将外径为Φ30mm的气体导出管7***密封盖6的导气孔中，用生料带或密封胶密封，且使得两个气体导出管7分别与两个气体收集器连通；

(3)将1片规格为300mm×150mm×1.5mm、网格规格为2mm×3mm的钛金属网板与1片规格为300mm×150mm×20mm的石墨片21分别用钛合金夹具14和不锈钢夹具24夹紧，并穿过电极***孔分别设置于阳极室1和阴极室2中，用生料带或密封胶密封；

(4)在缓冲室3的底部安装功率为300W、频率为24kHz的超声波换能器8；

(5)黑液经由黑液注入管道与阀门12注入到阳极室1中，保持黑液液面与钛合金夹具14间的竖直距离为3cm(确保二者不接触)，清水经由清水注入管道与阀门22注入阴极室2中，通过液体的渗透作用确保阳极室1、阴极室2和缓冲室3内的液面平齐，在阴极室2中加入NaOH，使得阴极室2中NaOH溶液的浓度达0.1mol/L；

(6)将连接钛金属网板的导线与低压直流电源的正极连接，将连接石墨片21的导线与低压直流电源的负极连接；

(7)接通电源，开始电解，电解电压为24V，电流为2A，每间隔20min开启一次超声波换能器8，时间为5min，清洗中间的多孔陶瓷过滤板4和阳离子交换膜5以防止堵塞，每间隔120min将钛金属网板取出，以收集附着在其表面的木质素；

(8)重复步骤(7)三次，同时注意控制黑液液面，在液面降低时补充黑液和清水；

(9)当木质素提取结束后，打开阳极室1底部的稀黑液导出管道与阀门13将废液放出，再通过黑液注入管道与阀门12重新注入黑液，并重复上述步骤(7)和步骤(8)，同时通过阴极室2底部的NaOH回收管道与阀门23回收NaOH溶液；

(10)经过大约10次的提取后，缓冲室中的溶液变稠，可由缓冲室废液导出管道与阀门31导出。

将对比实施例1和实施例1中的相关参数以及电解完成后的具体数据填入表2。

表2

从表2中可以看出，在提取相同质量木质素的情况下，对比实施例1所消耗的时间以及平均能耗均远大于实施例1；因此，用钛金属网板作为阳极来进行木质素电解提取的方法实用性差，存在提取效率低、平均能耗大的缺陷。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于木材陶瓷电极的造纸黑液粗木质素的提取方法，其特征在于，在电解槽的阳极室和阴极室中分别设置多孔木材陶瓷材料作为阳极、设置石墨材料作为阴极，将黑液和清水分别注入阳极室和阴极室，在直流电源条件下电解，从阳极室的多孔木材陶瓷材料上得到木质素。

2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述电解槽在阳极室和阴极室之间增设有缓冲室，且分别通过设置多孔陶瓷过滤板和阳离子交换膜将缓冲室与阳极室和阴极室隔开。

3.根据权利要求2所述的提取方法，其特征在于，在电解初期向阴极室中加入NaOH以增加导电性，使得阴极室中初始NaOH溶液的浓度达0.1mol/L-0.2mol/L。

4.根据权利要求3所述的提取方法，其特征在于，在所述缓冲室中设置有超声波换能器，在电解过程中每隔一段时间就开启一次超声波换能器，以保证多孔陶瓷过滤板和阳离子交换膜的孔隙畅通。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的提取方法，其特征在于，所使用的直流电源的电压不超过36V。

6.一种基于木材陶瓷电极的造纸黑液粗木质素的提取装置，其特征在于，包括用于容置黑液的阳极室(1)以及用于容置清水和NaOH溶液的阴极室(2)，所述阳极室(1)和阴极室(2)均设有密封盖(6)和设置在密封盖(6)上的导气孔，且在所述阳极室(1)内设置有作为阳极的多孔木材陶瓷材料(11)、在所述阴极室(2)内设置有作为阴极的石墨材料(21)，所述阳极室(1)还包括与其连通的黑液注入管道与阀门(12)和稀黑液导出管道与阀门(13)，所述阴极室(2)还包括与其连通的清水注入管道与阀门(22)和NaOH回收管道与阀门(23)。

7.根据权利要求6所述的提取装置，其特征在于，在所述阳极室(1)和阴极室(2)之间设置有一个缓冲室(3)，且所述缓冲室(3)通过多孔陶瓷过滤板(4)和阳离子交换膜(5)分别与阳极室(1)和阴极室(2)隔开，所述缓冲室(3)包括与其连通的缓冲室废液导出管道与阀门(31)。

8.根据权利要求7所述的提取装置，其特征在于，所述多孔陶瓷过滤板(4)的孔径为0.2μm-0.5μm，所述阳离子交换膜(5)的孔径为0.05μm-0.1μm。

9.根据权利要求8所述的提取装置，其特征在于，在所述缓冲室(3)内还设置有超声波换能器(8)。

10.根据权利要求6-9中任意一项所述的提取装置，其特征在于，所述提取装置为两套或两套以上相互串联使用，通过将前一套提取装置中的稀黑液导出管道与阀门(13)和后一套提取装置中的黑液注入管道与阀门(12)相连接以实现对黑液的多遍处理，从而获得较高的木质素提取率和NaOH溶液回收率。